ENERGIA

Energia

A palavra energia é usada com muita freqüência nos nossos dias. É usada por cientistas, engenheiros, artistas, médicos, professores, até mesmo por místicos, sempre se referindo a algo que faz as coisas acontecerem ou existirem.

Neste momento de nosso curso, vamos começar a entender o que é a energia. Pense em um dia bem comum na sua vida. Em tudo o que você faz ou utiliza, a energia está presente. Os alimentos que consome lhe fornecem energia para as suas funções vitais. O chuveiro com o qual você toma banho aquece a água, convertendo energia elétrica ou à combustão de um gás em calor.

Acendemos a luz para ler um livro, ligamos a TV na tomada para assistir a um programa etc.

Tudo que fazemos envolve energia.

Em física classificamos a energia em: energia do movimento (mecânica), energia sonora, energia luminosa, energia elétrica, energia térmica, entre outras.

Neste momento, definiremos a energia do ponto de vista da mecânica, que é a energia do movimento.

• Energia mecânica é a capacidade de deslocar um corpo, ou seja, de realizar Trabalho.

A unidade de energia, portanto, é a mesma do Trabalho. No sistema Internacional, essa unidade é o Joule (J).

A energia não é criada nem destruída. Ela se transforma de uma forma em outra. Esse fato caracteriza a lei de conservação de energia, uma das leis mais importantes da natureza.

Por exemplo, a energia química da gasolina, em razão da combustão que ocorre nos cilindros dos motores dos automóveis, é transformada em energia mecânica, a qual permite ao automóvel deslocar-se. Mas essa transformação não é completa, pois parte dessa energia é transformada em calor, que também é uma forma de energia, como veremos adiante. Por isso, dizemos que parte da energia é perdida (dissipada em forma de calor).

Energia potencial

Sempre que um objeto está localizado a uma certa altura do solo, e simplesmente o abandonamos, ele entra em movimento. De onde obtém energia para entrar em movimento?

  

Na realidade, ele não obtém energia nesse instante, mas já possui uma quantidade de energia de movimento, ou seja, de energia mecânica, armazenada. Essa energia que o corpo já possui potencialmente é denominada energia potencial gravitacional.

A energia potencial gravitacional é tanto maior quanto maior for o peso do corpo e tanto maior quanto maior for a altura em que o corpo se encontra em relação a determinado referencial.

Na linguagem matemática, temos:

em que: m é a massa do corpo;

             g é a aceleração da gravidade local;

             h é a altura em que o corpo se encontra em relação ao nível de referência.

 Energia Mecânica

Ainda podemos encontrar energia mecânica na forma potencial quando comprimimos ou distendemos um objeto elástico, como uma mola ou um arco, para lançar uma flecha, por exemplo. Nesses casos, basta soltarmos para haver realização de Trabalho, deslocando uma flecha ou um bloco, por exemplo.

A expressão matemática para a energia potencial elástica é:

em que: k é a constante elástica do corpo (que depende do material);

             x é a distensão sofrida pelo objeto elástico em relação à sua posição de equilíbrio.

Energia cinética

Quando um corpo está em movimento, ou seja, possui velocidade, dizemos que possui energia cinética.

Uma motocicleta que se desloca, a água que cai de uma cachoeira, um elevador em que um parque de diversão, um objeto que cai são exemplos de corpos que possuem energia cinética é:

em que: m é a massa do corpo;

             v é a velocidade em que o corpo se desloca.

 Conservação da energia mecânica

A energia mecânica de um corpo é a soma de sua energia cinética com sua energia potencial.

Se considerarmos o caso de não haver perdas por geração de calor, em geral devido ao atrito, com uma superfície ou com o ar, e, como a energia não pode ser destruída e nem criada, podemos afirmar que aenergia potencial se transforma em energia cinética e vice-versa.

Para entender melhor o que é a energia mecânica, suponha que um corpo vai ser abandonado de certa altura. Neste instante ele possui energia potencial. Ao ser abandonado, à medida que vai caindo, a altura diminui e a velocidade aumenta, ou seja, a energia potencial diminui e a energia cinética aumenta. Se não houver perdas por atrito, esse corpo vai ganhando energia cinética em quantidade exatamente igual à que perdeu em energia potencial, de modo que a soma das duas sempre dá o mesmo resultado.

Por exemplo, numa cachoeira, a água no alto possui energia basicamente potencial. À medida que cai, sua energia potencial diminui. Em compensação, a velocidade, e portanto a energia cinética, aumenta. Essa conservação de energia potencial em cinética, e vice-versa, obedece ao princípio da conservação da energia mecânica.

Na ausência de forças de atrito, a energia mecânica se conserva.

Potência

Agora analisemos a seguinte situação: dois atletas levantam pesos na academia de ginástica. Eles levantam o mesmo peso à mesma altura. Entretanto, para fazer esse levantamento um atleta demora um segundo, e o outro demora dois segundos.

Ambos realizam o mesmo trabalho, ou seja, gastaram a mesma energia, mas o primeiro atleta foi mais rápido que o segundo, concorda?

Essa relação da energia com o tempo é denominada potência (P).

A unidade de potência no Sistema Internacional é o J/s, que denominamos Watt (W).