Teorema da Energia Mecânica: Sistemas Conservativo e Não-conservativo e Atrito


Teorema da Energia Mecânica

Todos os objetos têm energia. A energia está intimamente ligada à massa e não pode ser criada ou destruída.

Num certo instante, um corpo pode apresentar duas energias simultaneamente: cinética e potencial. A soma dessas energias é chamada de Energia Mecânica.

As forças que geram um armazenamento de energia constante são chamadas Forças Conservativas, como a força gravitacional. Já as Forças Não-Conservativas não têm qualquer energia potencial associada, como o atrito, por exemplo.

A Energia Mecânica (Em) é, portanto, a soma da energia potencial gravitacional (Ep) e a energia cinética (Ek), e pode ser definida como:

EM=EP+EKEM=EP+EK
EM=mgh+12mv2

Lei da Conservação da Energia Mecânica

Em um sistema fechado, onde não há forças dissipativas externas agindo, a energia mecânica permanecerá constante. Em outras palavras, não vai mudar (para mais ou para menos). Isso é chamado de Lei de Conservação de Energia Mecânica.

Isso significa que a energia potencial pode se tornar energia cinética, ou vice-versa, mas a energia não pode “desaparecer”. Por exemplo, na ausência de resistência do ar, a energia mecânica de um objeto que se move pelo ar no campo gravitacional da Terra permanece constante (é conservada).

Sistemas conservativos

Nos sistemas conservativos somente as forças conservativas realizam trabalho, e o trabalho das forças não-conservativas é nulo. As forças conservativas podem estar presentes, contanto que tenham influência nula sobre o sistema.

Corpos caindo em queda livre no vácuo são um bom exemplo de sistemas conservativos, uma vez que não existe a resistência do ar para oferecer impedimento ao movimento.

Sistemas não-conservativos

Ainda no exemplo do corpo em queda livre, se adicionarmos a resistência do ar ao cenário, a quantidade de energia cinética final será menor do que a inicial. Assim, a energia cinética não foi conservada e foi transformada em outras modalidades de energia, como a energia térmica e energia sonora.

Atrito

O atrito também é uma força não-conservativa, e tem certas características distintas: se opõe ao movimento; depende da natureza da superfície (coeficiente de atrito); transforma a energia cinética em outro tipo de energia.