Energia é um termo que, para nós, pode significar várias coisas. A energia elétrica, a energia do corpo, energia eólica, mas, enfim, o conceito de energia é muito mais abrangente e é estudado por muito mais gente do que você imagina. O próprio Albert Einstein, um dos maiores físicos de todos os tempos, possui sua própria explicação para a energia dos corpos. A famosa equação E=mc² é uma prova disso e mostra que há muito a aprender sobre energia do que você já sabe sobre ela.
Em primeiro lugar, é importante saber que há vários tipos de energia: energia potencial, energia cinética, energia gravitacional, energia elástica, entre outras. Mas o assunto agora é a energia mecânica que, inclusive, depende muito da energia cinética e da energia potencial para existir.
Imagine uma situação onde um jogador de futebol dá um chute na bola em direção ao gol. E quando a bola chega próxima ao gol ela bate na trave e volta para o jogador. Uma situação tão simples e corriqueira para quem gosta do esporte, mas um grande conjunto de ações, reações, forças e… Energia. Em primeiro lugar é necessário entender que para realizar um movimento é preciso empregar uma força e esta força terá uma potência. Mas é a quantidade de energia empregada no movimento e também a energia dissipada por tal movimento que vai definir como ele será.
Agora é preciso entender tudo isso de forma teórica e colocar em equações para que a Física seja contemplada e a teoria seja comprovada. A energia mecânica é composta por duas outras forças:
Energia potencial (pode ser elástica ou gravitacional): é a energia empregada no movimento na exata hora do contato do jogador com a bola e também na hora do contato da bola com a trave. Neste caso, como o movimento é horizontal, a energia potencial será elástica e a fórmula é a seguinte: E = 1/2 kx². Neste caso “k” é a constante elástica e “x” é a deformação da mola.
Energia cinética: esta é a energia relacionada ao movimento da bola propriamente dito. Sua fórmula é a seguinte: E = 1/2 mv² + 1/2 Iω², onde “m” é a massa, “v” é a velocidade, “I” é o momento de inércia e “ω” é a velocidade angular (representada pela letra grega ômega).
Para entender como funciona a relação entre as duas energias e, em seguida, determinar a fórmula da energia mecânica é necessário compreender algumas coisas em relação ao movimento. A primeira é que a tendência é de que a energia seja conservada (salvo em algumas exceções que modificam toda a estrutura de equações). Logo, quando não há energia cinética, há energia potencial e vice-versa.
Segundo: é preciso entender e saber os momentos dentro do movimento. A energia cinética é aplicada na prática durante a trajetória da bola até a trave e depois da trave até o jogador novamente. Já a energia potencial é, basicamente, a energia aplicada na hora do contato da bola com os pés do jogador e com a trave.
Para determinar a fórmula da energia mecânica, então, é preciso juntar estes dois conceitos. Partindo da ideia de que a energia mecânica é conservada durante o movimento, então temos a seguinte fórmula: Em = Ec +Ep. Ou seja, enquanto a energia cinética não existe (no momento em que a bola está parada) a energia potencial corresponde a todo o valor da energia mecânica. Durante o movimento e com o aumento da velocidade da bola, a energia cinética vai aumentando e a energia potencial diminuindo até atingir o oposto: a energia cinética corresponderá a todo o valor da energia mecânica, enquanto a energia potencial estará zerada. Neste caso, diz-se que a energia cinética e a energia potencial são inversamente proporcionais.
Aplicação da energia mecânica e sua relação com os movimentos
É um coro dentro da comunidade científica de que a energia mecânica é a energia do movimento e isso fica evidente a cada exemplo de sua aplicação. O chute do jogador na bola é só um dos inúmeros exemplos da aplicação da energia mecânica no dia a dia das pessoas. Fábricas, máquinas, trabalhos braçais, enfim, em todo e qualquer movimento executado, a energia mecânica estará presente.
É preciso destacar, no entanto, que só a energia mecânica não corresponde a todo o movimento. Existem outras variáveis que podem alterar o movimento, aumentar a sua intensidade, mudar a trajetória e interagir de infinitas formas com o movimento. Logo, as informações e equações mostradas aqui sobre a energia mecânica não demonstram todas as situações que podem ocorrer no meio ambiente e no universo. No entanto, tais conhecimentos constituem a base das informações para a interpretação e o estudo de todas as demais situações envolvendo os movimentos e a realização de Trabalho, que é outro conceito físico e que deve ser estudado posteriormente.