A energia mecânica é igual à soma da quantidade de energia cinética e de energia potencial de um corpo ou sistema. Aprenda o que isso significa neste resumo de Física para o Enem!
Para a física, a energia pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho. Existem vários tipos de energia, sendo que os principais são energia mecânica, térmica, elétrica, química e nuclear.
Nesta aula você irá aprender mais sobre a energia mecânica, como ela se comporta e qual a sua fórmula. Também verá um exemplo de exercício resolvido e vai poder testar seus conhecimentos com o nosso simulado!
O que é a Energia Mecânica
Em alguns casos específicos, a energia mecânica do corpo se conserva, e o sistema é então chamado de sistema conservativo.
Contudo, na maior parte dos casos, a energia mecânica não se conserva, ou seja, a energia final não tem o mesmo valor que a inicial em um evento. Nesses casos, ocorre uma variação da energia mecânica durante o processo.
Resumo sobre Energia e Conservação
O primeiro passo para você dominar a Energia Mecânica é começar pelo básico. Veja com o professor Otávio Bocheco, o “Seco”do canal do Curso Enem Gratuito, os fundamentos de Energia e Conservação.
Valeu pra você dominar os fundamentos? Agora, vamos para a parte aplicada.
Veja a Força de Atrito
Para você entender, imagine um carrinho de supermercado empurrado numa superfície horizontal um tanto áspera sob ação da força de atrito. Enquanto o carrinho se movimenta, a força de atrito realiza trabalho resistente ao movimento, pois tem sentido contrário a ele.
Essa variação de energia é decorrente da ação de forças não conservativas, como a força de atrito, a força de tração presente em cordas e cabos etc. Essas forças acabam “roubando” um pouco ou até toda a energia existente durante o processo.
Confira agora com o professor Marcelo como funciona e como calcular a Força de Atrito:
Ao deixar de ser empurrado, essa força de atrito estará minando toda a energia de movimento. Isso faz com que a energia mecânica do carrinho diminua até ele parar.
Fórmula da energia mecânica
Essa variação pode ser calculada através do teorema da energia mecânica. De acordo com o teorema, o trabalho realizado pelas forças não conservativas existentes é igual à energia mecânica inicial menos a final. Isso resulta na seguinte fórmula:
Tfnc = |Emi – Emf|
Cabe observar que essa variação é obtida através da diferença da quantidade de energia em dois momentos, inicial e final, não importando qual é o maior.
Sistema conservativo e sistema não conservativo
Para você entender melhor o que acabei de escrever, pense em um objeto de massa e área pequenas sofrendo a ação do vento. Por exemplo, uma bolinha de papéis amassados.
Imagine essa bolinha caindo de uma certa altura em queda livre. De repente, passa a atuar um vento de cima para baixo empurrando a bolinha ainda mais para baixo. O que está acontecendo com sua energia mecânica?
Inicialmente, sua energia mecânica, é a soma da energia potencial gravitacional (m.g.h) com a energia cinética (m.v² / 2).
À medida que a bolinha cai, sua energia cinética aumenta, pois está cada mais rápida. Em contrapartida, sua energia potencial diminui, pois a altura vai diminuindo. Entretanto, no momento em que surge esse vento, a bolinha passa a ter mais energia devido ao trabalho realizado pela força do vento.
Se o vento persistir até a superfície, quando a bolinha tocar o solo teremos como energia mecânica a soma da energia cinética mais o trabalho realizado pela força do vento. Ou seja: ao tocar o solo, a energia será maior do que a do início de sua queda.
Concluindo, então:
- Em um sistema conservativo, a energia mecânica inicial é sempre igual à final. Não há ganho nem perda de energia durante o processo.
- Em um sistema não conservativo, a energia mecânica final nunca é igual à inicial. Sempre há perda ou ganho de energia durante o processo.
Exemplos de exercícios
A fim de que você entenda como esse conteúdo é cobrado no Enem e nos vestibulares, vamos resolver dois exemplos.
Exemplo 1
Uma garota de massa igual a 39 kg corre e salta sobre um tapete de massa 1 kg, fazendo-o deslizar pela sala. Sabendo que o conjunto garota-tapete adquire velocidade de 2 m/s, deslizando 4 metros até parar, determine:
- A energia inicial do conjunto logo após a garota pular sobre o tapete;
- A energia do conjunto após o deslizamento;
- O trabalho da força de atrito.
Resolução:
Como o chão é horizontal, a energia mecânica do conjunto garota-tapete é constituída apenas por energia cinética. Dessa forma, a energia mecânica inicial do conjunto corresponde a sua energia cinética inicial:
Ao final do deslizamento, a velocidade do conjunto é nula porque ele para. Portanto, suas energias cinética mecânica também são nulas.
Para determinar o trabalho da força de atrito, podemos aplicar o teorema da energia mecânica. Como o movimento é horizontal, a única força não conservativa que realiza trabalho é o atrito. Consequentemente, temos:
Tforça de atrito = Efmecânica – Eimecânica
Como a energia mecânica final é nula, então o trabalho da força de atrito é igual à energia inicial, que é de 80 J.
Exemplo 2
(FAMEMA SP/2020) A figura mostra uma esfera, de 250 g, em repouso, apoiada sobre uma mola ideal comprimida. Ao ser liberada, a mola transfere 50 J à esfera, que inicia, a partir do repouso e da altura indicada na figura, um movimento vertical para cima.
Desprezando-se a resistência do ar e adotando-se a máxima altura que a esfera alcança, em relação à altura de sua partida, é
a) 40 m.
b) 25 m.
c) 20 m.
d) 10 m.
e) 50 m.
Resolução:
Para resolver esse exercício, precisamos aplicar a fórmula da conservação de energia mecânica: Eelástica = Epot. Para isso, utilizaremos a fórmula de energia potencial gravitacional, que é E = mgh. Veja:
Eelástica = Epot
Ee = m g H
50 = 0,2510H
H = 20 m
Portanto, a alternativa correta é a letra c) 20m.
Videoaula
Para aprofundar os seus estudos, assista à videoaula do nosso canal no YouTube com o professor Rossetto:
Exercícios
Por fim, resolva os exercícios para testar seus conhecimentos:
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1. Pergunta
(UNIFOR CE/2018)
Dois irmãos, Jorge e Rodrigo, resolvem testar as leis da Física em um tobogã. Jorge está inicialmente à uma altitude H, maior que a altitude inicial de Jorge, que é h = H/2. Rodrigo possui o dobro do peso de Jorge. Ao som de um apito, os dois começam a escorregar descendo pelo tobogã. Despreze as forças de atrito. É correto afirmar que, nessa situação, ao atingirem o nível do solo, Jorge e Rodrigo terão energias cinéticas:
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2. Pergunta
(IFRS/2017)
Salto com vara é um evento do atletismo em que os competidores utilizam uma vara longa e flexível para alcançar a maior altura possível. O saltador começa com energia cinética e potencial iguais a zero. Quando começa a correr, ele aumenta sua energia ___________________________. Então, ele finca a vara e começa o salto, trocando sua energia ___________________________ pela energia potencial gravitacional. Quando a vara se curva, absorve muito da energia cinética do atleta, como se comprimisse uma mola. Ele usa a energia ___________________________ armazenada na vara para elevar seu corpo sobre a barra. No alto de seu salto, ele converte grande parte de sua energia cinética em energia ___________________________.
A alternativa que completa corretamente e na sequência as lacunas é
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3. Pergunta
(UERJ/2017)
Duas carretas idênticas, A e B, trafegam com velocidade de 50 km/h e 70 km/h, respectivamente.
Admita que as massas dos motoristas e dos combustíveis são desprezíveis e que EA é a energia cinética da carreta A e EB a da carreta B.A razão EA/EB equivale a:
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4. Pergunta
(IFBA/2017)
Num parque aquático uma criança de massa de 20,0 kg é lançada de um tobogã aquático, com velocidade inicial de 2,0 m/s, de uma altura de 10,0 m, onde a gravidade local vale 10 m/s². A água reduz o atrito, de modo que, a energia dissipada entre os pontos A e B foi de 40,0 J.
Nestas condições, a velocidade da criança, em m/s, ao passar pelo ponto B será, aproximadamente, igual a:
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5. Pergunta
(UEFS BA/2017)
A figura representa um sistema massa-mola ideal, cuja constante elástica é de 4N/cm. Um corpo de massa igual a 1,2kg é empurrado contra a mola, comprimindo-a de 12,0cm. Ao ser liberado, o corpo desliza ao longo da trajetória representada na figura. Desprezando-se as forças dissipativas em todo o percurso e considerando a aceleração da gravidade igual a 10m/s2, é correto afirmar que a altura máxima H atingida pelo corpo, em cm, é igual a
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6. Pergunta
(PUCCAMP SP/2017)
Na formação escolar é comum tratarmos de problemas ideais, como lançamentos verticais de objetos nos quais se despreza a resistência do ar. Mas podemos também abordar um problema destes sem esta simplificação.
Um objeto é lançado verticalmente pra cima, a partir do solo, com velocidade 20 m/s. Na subida este objeto sofre uma perda de 15% em sua energia mecânica devido às forças dissipativas.
Adotando-se g = 10 m/s², a altura máxima que será atingida por este objeto em relação ao solo será, em metros, de: -
7. Pergunta
(FM Petrópolis RJ/2017)
No dia 15 de fevereiro de 2014, em Donetsk, na Ucrânia, o recorde mundial de salto com vara foi quebrado por Renaud Lavillenie com a marca de 6,16 m. Nesse tipo de salto, o atleta realiza uma corrida e utiliza uma vara para conseguir ultrapassar o “sarrafo” – termo utilizado para se referir à barra horizontal suspensa, que deve ser ultrapassada no salto.
Considerando que ele ultrapassou o sarrafo com uma velocidade horizontal da ordem de 1 cm/s, fruto das transformações de energia ocorridas durante a prova, tem-se que, após perder o contato com a vara, no ponto mais alto de sua trajetória, a energia mecânica associada ao atleta era
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8. Pergunta
(IBMEC SP Insper/2017)
Certa montadora automobilística apregoa que a potência dos motores dos veículos por ela produzidos é de 150 cv (cavalo-vapor). Em testes de pista realizados por uma revista especializada, um dos veículos da montadora, de massa 1 400 kg, atingiu a velocidade de 144 km/h em 10,0 s, partindo da imobilidade e deslocando-se em pista horizontal e retilínea.
Se, uma vez atingida a máxima velocidade e com o motor em ponto morto, o veículo colidisse, frontal e inelasticamente, com uma carreta parada, de 600 kg de massa, a energia dissipada nessa colisão, em kJ, seria mais próxima de
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9. Pergunta
(Mackenzie SP/2017)
Um Drone Phanton 4 de massa 1300 g desloca-se horizontalmente, ou seja, sem variação de altitude, com velocidade constante de 36,0 km/h com o objetivo de fotografar o terraço da cobertura de um edifício de 50,0 m de altura. Para obter os resultados esperados o sobrevoo ocorre a 10,0 m acima do terraço da cobertura. A razão entre a energia potencial gravitacional do Drone, considerado como um ponto material, em relação ao solo e em relação ao terraço da cobertura é
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10. Pergunta
(FAMEMA SP/2017)
A figura representa, em corte, parte de uma instalação utilizada para demonstrações de experimentos. Um corpo de dimensões desprezíveis escorrega pela superfície inclinada e atinge o ponto A com velocidade escalar igual a 10 m/s. Considere o atrito e a resistência do ar desprezíveis e g = 10 m/s².
Em relação ao nível de referência indicado na figura, a altura, na superfície inclinada, em que a energia cinética do corpo é igual ao triplo de sua energia potencial gravitacional é
