Os estudos físicos consideram que a energia é uma entidade que não pode ser destruída ou gerada, mas transformada, conservada ou dissipada. Conservação de energia mecânica é o nome dado ao processo em que não ocorre nenhuma força dissipativa em um corpo, então, o valor de sua energia mecânica total é o mesmo ao longo de todo o período observado.
Para além de um simples postulado físico, esse princípio da mecânica é o fundamento para diversas atividades e equipamentos do dia a dia. Por exemplo, a partir da quantidade de energia potencial gravitacional que está armazenada em um corpo de altura h, é possível inferir qual velocidade ele poderá atingir em uma queda livre, entre diversas outras situações que aplicam esse conceito.
Dada a importância e recorrência da conservação da energia mecânica para o cotidiano, diversos vestibulares cobram, de maneira específica, o conhecimento sobre esse princípio, tanto em questões alternativas quanto dissertativas. Para te ajudar na consolidação desse conteúdo, o Estratégia Vestibulares preparou este material que resume os principais tópicos do assunto!
Navegue pelo conteúdo
Conservação da energia mecânica
O termo conservação faz referência àquilo que se preserva, para que não se perca ou não se destrua. E é esse o sentido do princípio de conservação da energia mecânica: a energia do corpo é mantida a mesma, desde que não tenha a ação de forças dissipativas sobre ele.
Nesse caso, forças dissipativas são todas aquelas que “roubam” energia, ou seja, causam perda de energia no corpo quando atuam sobre ele. Um dos maiores exemplos é a força de atrito, que acontece quando um corpo se desloca em uma superfície e há perda de energia. Nesse caso, ao longo do tempo, a energia total do corpo diminui ao longo do tempo.
Na ausência dessas forças dissipativas, o corpo mantém-se com uma energia mecânica total igual ao longo de todo o período observado. Essa energia mecânica total considera a soma entre a energia potencial e a energia cinética do corpo.
Energia mecânica total
A energia mecânica é um conceito físico que considera a capacidade de um corpo de realizar trabalho. Quando essa energia está relacionada ao movimento, é chamada de energia cinética, que vem do grego “kinesis”, de significado “movimento”. Por outro lado, em alguns casos, a posição do corpo no espaço faz com que ele tenha uma energia mecânica armazenada, que é a energia potencial.
A energia mecânica total de um sistema é a soma entre a energia potencial e a energia cinética nesse corpo, como mostra a fórmula abaixo:
Energia mecânica total = energia potencial + energia cinética
Nos casos em que o corpo está em repouso, não há movimento, ou seja, a velocidade é nula (V=0). Assim, a energia cinética também é nula e, portanto, a energia mecânica do sistema é decorrente apenas da energia potencial.
Energia mecânica total = energia potencial + energia cinética
Energia cinética = m.V2/2
Energia mecânica total = energia potencial + m.V2/2
Energia mecânica total = energia potencial + m.02/2
Energia mecânica total = energia potencial + 0
Energia mecânica total = energia potencial
A partir do conceito de energia mecânica total, é definido que a conservação da energia mecânica acontece quando a soma das energias cinética e potencial é igual em todo o trajeto, ao longo de todo o tempo.
Por exemplo, um corpo de massa 10kg que está parado sobre uma ladeira com 10 metros de altura, sofre influência da gravidade g = 10m/s2 e, assim, armazena energia potencial gravitacional (EPgrav), que é mensurada pela fórmula EPgrav = m.g.h → EPgrav = 10.10.10 = 1000 J.
Como demonstrado acima, como o corpo está em repouso, sua energia cinética é nula, de forma que a energia potencial (1000 J) é a energia mecânica total nesse objeto.
Então, se a entidade física entrar em movimento, sua energia potencial será convertida em movimento, ou seja, em energia cinética. A questão é que, quando há conservação de energia mecânica, não importa quais movimentos sejam realizados, a soma entre energia cinética e potencial será sempre de 1000 J.
Aplicações do conceito de conservação da energia mecânica
Há duas energias potenciais mais comuns no cotidiano:
- A energia potencial gravitacional, que relaciona-se com a possibilidade de movimentação a partir da aceleração da gravidade, considerando que o corpo está a uma altura h qualquer do solo; e
- A energia potencial elástica, quando um corpo está preso a um material elástico e esse sistema armazena uma quantidade energia potencial a partir da possibilidade de movimentação dessa mola ou elástico.
Um exemplo de aplicação do princípio da conservação de energia mecânica são as rodas gigantes, considerando situações ideais em que forças dissipativas não ajam sobre o sistema. Então, toda vez que a roda encontra-se no ponto mais alto da trajetória, sua energia potencial gravitacional é máxima e corresponde à energia mecânica total.
Da mesma forma, as montanhas-russas adquirem energia potencial gravitacional no topo de sua trajetória e, à medida que descem as grandes quedas de seus trilhos, sofrem transformação em energia cinética, que gera movimentos rápidos.
Outro exemplo seria um estilingue, ferramenta que permite o lançamento de pedras para atingir um alvo, a partir de um material esticável. Nesses casos, a energia potencial elástica gerada a partir da deformação do material elástico gera energia cinética para a movimentação da pedra.
Diversos outros sistemas do dia a dia utilizam a conservação da energia mecânica como princípio para seu funcionamento, inclusive os pêndulos de relógios, que movimentam-se conforme esses pressupostos.
Estude para o vestibular com o Estratégia!
Se quiser aprofundar seus conhecimentos em mecânica e física em geral, acompanhe o canal do YouTube do Estratégia Vestibulares. Diversas aulas são postadas como introdução, explicação ou revisão de conteúdos essenciais para os principais vestibulares nacionais.
Gostou do conteúdo? Tenha acesso a diversos resumos e explicações didáticas sobre as principais fórmulas de física, química, matemática, além de um vasto material de todas as disciplinas importantes para os vestibulares. Tudo isso está disponível nos cursos da Coruja, em PDFs ou aulas. Conheça mais agora mesmo!
