O que é energia mecânica, e a Lei da Conservação

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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:

T_fnc = |Em_i – Em_f|

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:

1. A energia inicial do conjunto logo após a garota pular sobre o tapete;
2. A energia do conjunto após o deslizamento;
3. 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:

T_{força de atrito} = E^f_mecânica – Eⁱ_mecânica

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:  E_elástica = E_pot. Para isso, utilizaremos a fórmula de energia potencial gravitacional, que é E = mgh. Veja:

E_elástica = E_pot

E_e = 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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