Estudo da Energia | Recomposição de Aprendizagem

Prepare-se para uma jornada fascinante pelo universo da Energia na Física! Nesta nova trilha da série Explica do Zero: Recomposição de Aprendizagem, você vai desvendar os mistérios da energia cinética, potencial elástica e gravitacional, a partir dos seus conceitos e aplicações.

Descubra como a energia se transforma e flui ao nosso redor, impulsionando desde o movimento de um carro até a geração de eletricidade, e conheça as relações energéticas presentes na natureza de uma maneira clara e aprofundada.

Videoaula sobre Energia

Assista à primeira videoaula da trilha, apresentada pelo professor Leonardo Neves Meirelles. Ele vai te guiar pelos conceitos iniciais referentes à Energia.

A energia é a força motriz por trás de tudo o que nos rodeia, desde o calor do sol até o movimento dos nossos músculos. Ela é a capacidade de realizar trabalho, de causar mudanças no mundo. Mas o que exatamente é energia? E como ela funciona?

Energia: conceitos básicos

Legal, né? Para fixar melhor o  conteúdo, vamos ao resumo da aula, começando pelo Sol, que é a fonte de toda a vida na Terra e se constitui como um enorme reator de fusão nuclear.

No seu núcleo, átomos de hidrogênio se combinam para formar hélio, liberando uma quantidade imensa de energia na forma de luz e calor. Essa energia radiante viaja através do espaço, atravessando a atmosfera terrestre e chegando à nossa superfície.

Retirado em: https://www.significados.com.br/radiacao-solar/ 

Ao chegar à Terra, parte da energia radiante do Sol é absorvida pela superfície, aquecendo o solo, os oceanos e o ar. Essa energia térmica é essencial para a vida, impulsionando processos como a fotossíntese nas plantas.

As plantas absorvem a energia do Sol e a transformam em energia química, armazenada na forma de açúcares. Essa energia química é a base da nossa cadeia alimentar, pois os animais a obtêm ao consumir plantas ou outros animais.

Ao comermos, a energia química armazenada nos alimentos é transferida para os nossos corpos. Nosso sistema digestivo quebra os alimentos em moléculas menores, que são absorvidas pelo sangue e transportadas para as células.

Dentro das células, essa energia química é convertida em energia mecânica, que nos permite nos movimentar, respirar e realizar todas as funções vitais.

Apesar de todas essas transições, a energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma de uma forma para outra. Essa é a Lei da Conservação da Energia, proposta por Antoine Lavoisier, que nos diz que a quantidade total de energia em um sistema fechado permanece constante.

Ela é um recurso vital para o nosso planeta e para a nossa sobrevivência. É importante usá-la de forma consciente e sustentável, buscando fontes renováveis como a energia solar e eólica para reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis e minimizar o impacto ambiental.

A compreensão de como a energia funciona, se torna fundamental para podermos usá-la de forma mais eficiente e responsável, garantindo um futuro mais sustentável para o nosso planeta.

Existem diferentes tipos de energia, cada um com suas características e aplicações. Na Física, estudamos a energia mecânica que se divide em energia cinética que é a energia do movimento, e a energia potencial que é uma energia armazenada, discutiremos adiante.

Videoaula sobre Energia Cinética

Conheça o conceito de Energia Cinética, exemplos e também a fórmula para utilizar nos cálculos e exercícios. Veja a explicação do professor Leonardo no vídeo a seguir:

Energia Cinética: conceito, fórmula e aplicações

A energia cinética (Ec) é a energia que um objeto possui em virtude de seu movimento. É a capacidade que esse objeto tem de realizar trabalho devido à sua velocidade. A Ec está presente em tudo que se move, desde um carro em alta velocidade até um elétron em órbita ao redor de um átomo.

Variáveis e Fórmulas

Para calcular a Ec, utilizamos a seguinte fórmula:

Onde:

• Ecin é a energia cinética (em joules, J)
• m é a massa do objeto (em quilogramas, kg)
• v é a velocidade do objeto (em metros por segundo, m/s)

Fique atento/a em como esse assunto pode aparecer aprendendo com as situações problema a seguir:

1. Carro:

Um carro de 1.000 kg se move a uma velocidade de 36 km/h. Qual a sua energia cinética?

Solução:

• Primeiramente destacamos as variáveis:

Massa do carro = 1000 kg.

Velocidade da carro = 36 km/h

• Averiguamos se tudo está no sistema internacional:

A velocidade esta em km/h e devemos então passar para m/s, ou seja dividir por 3,6. Fazendo isso temos:

363,6=10 m/s

• Daí utilizamos a fórmula:

2. Meteoro:

Um meteoro com massa de 1.000 kg entra na atmosfera terrestre a uma velocidade de 20.000 m/s. Qual a sua energia cinética?

Solução:

• Primeiramente destacamos as variáveis:

Massa do meteoro = 1000 kg.

Velocidade do meteoro = 20000 m/s

• Averiguamos se tudo está no sistema internacional.

• Daí então utilizamos a fórmula:

Vale lembrar que esses sistemas não têm atrito, ou seja, são conservativos, quando ele é colocado, chamados de sistema dissipativo.

Videoaula sobre Energia potencial elástica

Veja na videoaula abaixo a explicação do professor Leonardo sobre a Energia Potencial Elástica:

Energia Potencial Elástica: conceito, fórmula e aplicações

A energia potencial elástica (Epe) é uma forma de energia armazenada em um material deformado, como uma mola esticada ou um arco curvado. Essa energia surge da força interna que o material exerce para retornar à sua forma original. A Epe está presente em diversos objetos do nosso dia a dia, desde brinquedos até instrumentos musicais.

Variáveis e Fórmulas

Para calcular a Epe, utilizamos a seguinte fórmula:

Onde:

• Epel é a energia potencial elástica (em joules, J)
• k é a constante elástica da mola (em N/m)
• x é a deformação da mola (em metros, m)

Constante Elástica

A constante elástica (k) é uma propriedade específica de cada mola e representa a força necessária para deformá-la em uma unidade de distância. Quanto maior o valor de k, mais rígida é a mola e mais força é necessária para deformá-la. A unidade de k é Newton por metro (N/m).

Conversão de Energia Potencial

A energia potencial elástica pode ser convertida em outros tipos de energia, como energia cinética ou energia potencial gravitacional. Por exemplo, quando uma mola esticada é liberada, a energia potencial elástica se transforma em energia cinética, impulsionando o movimento do objeto.

Agora, para fixar bem esse conteúdo, observe as situações problema a seguir:

1. Bloco e Mola:

Um bloco de 2 kg é preso a uma mola com constante elástica de 100 N/m. A mola é comprimida em 0,5 metros. Qual a energia potencial elástica armazenada no sistema?

Solução:

• Primeiramente destacamos as variáveis:

Constante da mola = 100 N/m

Deformação da mola = 0,5m

• Averiguamos se tudo está no sistema internacional
• Daí então utilizamos a fórmula:

2. Arco e Flecha:

Um arco com constante elástica de 200 N/m é esticado 15 centímetros para lançar uma flecha. Qual a energia potencial elástica armazenada no arco no momento em que a flecha é liberada?

Solução:

• Primeiramente destacamos as variáveis:

Constante da mola = 200 N/m

Deformação da mola = 15 cm

• Averiguamos se tudo está no sistema internacional

A deformação da mola está em cm, devemos passar para metros, lembre-se 1 metro é igual a 100cm, assim devemos dividir 15 por 100, dessa forma:

15/100=0,15m

• Daí então utilizamos a fórmula:

Videoaula sobre Energia Potencial Gravitacional

Como você já aprendeu acima, a energia se transforma no ambiente. E, de acordo com a forma que ela se apresenta e com os seus efeitos sobre os corpos, ela será classificada em diferentes tipos. 

Para finalizar, vamos estudar a energia potencial gravitacional no vídeo a seguir, com o professor Leonardo:

Energia Potencial Gravitacional: conceito, fórmula e aplicações

Como você viu na videoaula acima, a energia potencial gravitacional (EPg) é uma forma de energia armazenada que um objeto possui devido à sua posição em um campo gravitacional. Essa energia está presente em todos os lugares do universo, desde a simples queda de uma maçã do alto de uma árvore até o movimento dos planetas em torno do Sol.

Variáveis e Fórmulas

Para calcular a EPg, utilizamos a seguinte fórmula:

EPG=m.g.h   

Onde:

• EPG é a energia potencial gravitacional (em joules, J)
• m é a massa do objeto (em quilogramas, kg)
• g é a aceleração da gravidade (aproximadamente 9,8 m/s²)
• h é a altura do objeto em relação ao ponto de referência (em metros, m)

Funcionamento de uma hidrelétrica

As hidrelétricas são um exemplo clássico da utilização da energia potencial gravitacional para gerar energia elétrica.

A água em um reservatório elevado possui EPg, que é convertida em energia cinética quando flui através de turbinas, impulsionando geradores que produzem eletricidade. A altura do reservatório, a massa da água e a força da gravidade determinam a quantidade de energia potencial gravitacional disponível.

Retirado em: https://grupoquanta.com.br/hidreletrica-conheca-esse-sistema/ 

Para entender como esse assunto pode aparecer em uma questão, veja as seguintes situações problema:

1. Bloco em uma Altura:

Imagine um bloco de 10 kg suspenso a uma altura de 5 metros acima do solo. Qual a sua energia potencial gravitacional?

Solução:

• Primeiramente destacamos as variáveis:

Massa = 10kg

Aceleração da gravidade = 9,8 m/s²

Altura = 5m

• Averiguamos se tudo está no sistema internacional

• Daí então utilizamos a fórmula:

2. Gato Pulando:

Um gato de 5 kg salta de uma mesinha com altura de 25 centímetros. Qual a sua energia potencial gravitacional no último instante que precede o salto?

Solução:

• Primeiramente destacamos as variáveis:

Massa = 10kg

Aceleração da gravidade = 9,8 m/s²

Altura = 25cm

• Averiguamos se tudo está no sistema internacional

A altura esta em cm devemos passar para metros, dividimos o número por 100, assim:

25100=0,25m

• Daí então utilizamos a fórmula:

Agora é a sua vez! Bora testar seus conhecimentos?

Exercícios

Questão 1 (UFMG-MG- 2004):

Rita está esquiando numa montanha dos Andes. A energia cinética dela em função do tempo, durante parte do trajeto, está representada neste gráfico:

Os pontos Q e R, indicados nesse gráfico, correspondem a dois instantes diferentes do movimento de Rita.

Despreze todas as formas de atrito. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que Rita atinge:

a) velocidade máxima em Q e altura mínima em R.         

b) velocidade máxima em R e altura máxima em Q.         

c) velocidade máxima em Q e altura máxima em R.         

d) velocidade máxima em R e altura mínima em Q.

Questão 2 (PUC-RJ- 2007):

Determine a massa de um avião viajando a 720km/h, a uma altura de 3.000 m do solo, cuja energia mecânica total é de 70.106 J:

Considere a energia potencial gravitacional como zero no solo.(g=10m/s2):

1. 1000kg
2. 1400kg
3. 2800kg
4. 5000kg
5. 10000kg

Questão 3 (PUC-MG- 2012):

Um ciclista desce uma rua inclinada, com forte vento contrário ao seu movimento, com velocidade constante.

Pode-se afirmar que:

a) sua energia cinética está aumentando.                            

b) sua energia potencial gravitacional está diminuindo              

c) sua energia cinética está diminuindo.                             

d) sua energia potencial gravitacional é constante.

Questão 4 (UFFRJ-RJ – 2008):

O salto com vara é, sem dúvida, uma das disciplinas mais exigentes do atletismo. Em um único salto, o atleta executa cerca de 23 movimentos em menos de 2 segundos. Na última Olimpíada de Atenas a atleta russa, Svetlana Feofanova, bateu o recorde feminino, saltando 4,88 m.

A figura a seguir representa um atleta durante um salto com vara, em três instantes distintos.

Assinale a opção que melhor identifica os tipos de energia envolvidos em cada uma das situações I, II, e III, respectivamente.

a) – cinética  – cinética e gravitacional  – cinética e gravitacional

b) – cinética e elástica – cinética, gravitacional e elástica – cinética e gravitacional

c) – cinética – cinética, gravitacional e elástica – cinética e gravitacional

d) – cinética e elástica – cinética e elástica – gravitacional

e) – cinética e elástica – cinética e gravitacional – gravitacional

Questão 5 (PUC-RS – 2009):

Um bloco de 4,0 kg de massa, e velocidade de 10m/s, movendo-se sobre um plano horizontal, choca-se contra uma mola, como mostra a figura:

Sendo a constante elástica da mola igual a 10000N/m, o valor da deformação máxima que a mola poderia atingir, em cm, é:

1. 1
2. 2
3. 4
4. 20
5. 40

GABARITO:

Questão 1: B

Questão 2: B

Questão 3: B

Questão 4: C

Questão 5: D

Compartilhe: