Energia Potencial Gravitacional

O que é energia potencial gravitacional? Como calculá-la? Aprenda mais sobre energia nesta aula de Física para o Enem!

Nessa aula você irá aprender a importância da altura em relação à quantidade de energia potencial de um corpo. Aprenderá ainda como pode ser calculada e qual sua relação com a energia cinética. Fique com a gente e revise tudo o que você precisa saber sobre energia potencial para arrebentar em Física no Enem e nos vestibulares!

O que é energia potencial gravitacional?

A Terra pode exercer força de atração sobre um corpo posicionado a uma altura relativamente próxima da superfície terrestre, movimentando-o graças à atração gravitacional. A energia associada a esse corpo é chamada energia potencial gravitacional.

Para entender como essa energia funciona, vamos considerar um corpo de massa m, a altura h do solo, sob ação da força peso P. Veja no esquema abaixo:

aula de energia potencial

A energia potencial gravitacional do corpo m é igual ao trabalho que a força peso faz no deslocamento h. Sendo assim, matematicamente temos:

T = F.∆s

T = P. h

T = m.g.h

Sendo o trabalho igual a energia potencial gravitacional temos:

T = Ep

Ep = m.g.h

Assim como o Trabalho realizado por um corpo, a energia potencial gravitacional também é medida em Joules (o mesmo que Newton.metro).

Fácil, não é mesmo. Mas, você não pode bobear e confundir as coisas. Por isso, fique atento(a) a algumas observações a respeito dessa nova expressão:

  • A energia potencial de um corpo mede energia armazenada, que eventualmente pode ser convertida em outro tipo de energia. Se o corpo for abandonado de certa altura, a energia potencial gravitacional será convertida em energia cinética, uma vez que a queda é um movimento. É importante ter em mente que diferentes tipos de energia podem se converter em outros tipos;
  • A energia potencial depende da adoção de uma posição de referência. Por exemplo, se um prato estiver em uma prateleira de um armário, podemos adotar como nível de referência a altura dessa prateleira em relação ao solo. Lembre-se que no solo a energia potencial gravitacional é nula;
  • O cálculo da energia potencial não é tão importante quanto sua variação, pois é essa variação que leva à transformação desse tipo de energia em outra;
  • A energia potencial pode admitir valores negativos. No exemplo acima, se o corpo estivesse no fundo de um poço e adotando o nível do solo como referência, o trabalho da força peso seria negativo assim como a energia potencial associada e ele.

Onde poderíamos aplicar a energia potencial? A tirolesa é um exemplo de como essa energia é transformada. Na tirolesa as pessoas sobem a determinada altura e se jogam presas a um cabo esticado entre dois pontos com alturas distintas.

Assim a energia potencial gravitacional das pessoas que se jogam é convertida em energia cinética. A medida que se deslocam nessa linha, a energia potencial diminui, pois elas estão ficando mais próximas do solo. Já a energia cinética aumenta, pois a velocidade também aumenta.

Para entender melhor, vejamos um exemplo numérico:

Um objeto de massa 200 gramas é solto do alto de um balão distante do solo 50m. Calcule a energia potencial gravitacional desse objeto utilizando para aceleração da gravidade 9,8 m/s²

Resolução:

Massa 200g = 0,2 kg

g = 9,8 m/s²

altura = 50m

Aplicando os valores na fórmula temos:

Ep = 0,2 . 9,8 . 50 = 98 J

Fácil, não é mesmo? Agora, para fixar melhor o que você aprendeu, veja esta videoaula sobre energia potencial gravitacional:
Para finalizar sua revisão de Física, teste seus conhecimentos resolvendo os exercícios:

Questão 01 – (PUC SP/2018)

Duas esferas metálicas idênticas, de massas iguais a 1kg, são disparadas simultaneamente do alto de uma plataforma de 3m de altura em relação ao solo. A plataforma é retirada após os lançamentos. A esfera 1 é lançada verticalmente para cima com velocidade de módulo igual a 3m/s. A esfera 2 é disparada obliquamente com velocidade de módulo igual a 20m/s, formando 30º com o plano horizontal.

exercicio de energia potencial

Determine, em relação ao solo, as energias potencial gravitacional e cinética, respectivamente, da Esfera 1, no exato momento em que a Esfera 2 atinge a altura máxima de seu movimento. Despreze o atrito com o ar.

# Quando necessário, adote os valores da tabela:

módulo da aceleração da gravidade: 10 m.s–2

calor latente de vaporização da água: 540 cal.g–1

calor específico da água: 1,0 cal.g–1. ºC–1

densidade da água: 1 g.cm–3

calor específico do cobre: 0,094 cal.g-1. ºC–1

calor latente de fusão do cobre: 49 cal.g–1

temperatura de fusão do cobre: 1083ºC

1cal = 4,0 J

sen30º = 0,5

cos30º = 0,8

a) 10 J e 24,5 J

b) 20 J e 14,5 J

c) 40 J e 34,5 J

d) 50 J e 84,5 J

Gabarito: A

Questão 02 – (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

a) somente cinética

b) somente potencial elástica

c) somente potencial gravitacional

d) somente cinética e potencial gravitacional

e) cinética, potencial elástica e potencial gravitacional

Gabarito: D

Questão 03 – (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

a) 2

b) 3

c) 4

d) 5

e) 6

Gabarito: E

Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.