Resultante da soma entre a energia cinética e potencial
A energia mecânica é a soma da energia cinética com a energia potencial. Nessa soma percebe-se a conservação durante o movimento sob ação exclusiva de forças conservativas, como por exemplo, na mecânica, a força peso e a força elástica. Sistemas físicos que se encontram sob essa situação são definidos como sistemas conservativos.
Como exemplo, imagine uma caneta caindo. Ela tem, a cada instante, energia cinética decorrente da sua velocidade e energia potencial gravitacional decorrente da altura em relação ao referencial adotado. Se, por acaso, a caneta estivesse presa a um corpo elástico, poderia-se afirmar ainda que haveria também energia potencial elástica. Portanto, todas as formas de energia são fundamentais para a sobrevivência dos seres vivos.
Pode-se concluir, então, que esse tipo de energia está ligado à Mecânica, ramo da Física que estuda o estado de movimentos dos corpos. Essa área é dividida em cinemática, estática e dinâmica. A unidade de energia, no Sistema Internacional de Unidades (SI), recebe o nome de joule e é simbolizada pela letra J.
Energia cinética e potencial
Cinética
Considere um corpo inicialmente em repouso, como por exemplo, uma bicicleta. Para colocá-la em movimento será necessária a aplicação de uma força e, com isso, a realização de trabalho. Se essa força for paralela ao deslocamento, o trabalho será determinado pelo produto da força pelo deslocamento.
A forma de calcular a energia cinética leva em consideração a massa do corpo e a velocidade e a velocidade do movimento. Portanto, para calcular, utiliza-se a seguinte fórmula:
Ec= energia cinética
m= massa
v= velocidade
Potencial Gravitacional
É a energia que corresponde ao trabalho que a força (peso) realiza. É obtido quando considera-se o deslocamento de um de um corpo na vertical, tendo como origem o nível de nível de referência (solo, chão de uma sala).
Enquanto um corpo vai ficando mais rápido, ou seja, ganha energia cinética, e como a altura diminui perde a energia potencial gravitacional.
Ep= energia potencial
m= massa
g= aceleração da gravidade
h= desnível (altura)
Potencial Elástica
Esse tipo de energia corresponde ao trabalho que a força elástica (variável) realiza, assim como a energia cinética é associada ao conceito de movimento e à energia potencial gravitacional diz respeito ao conceito de altura de uma partícula em relação a um plano de referência.
A energia associada à deformação de um corpo recebe o nome de energia potencial elástica. Para uma mola (ou um elástico), a energia potencial elástica é calculada pela seguinte expressão:
Epe= Energia potencial elástica
k= constante elástica da mola
x= deformação da mola
Conservação da energia mecânica
Um corpo em queda livre perde constantemente energia potencial gravitacional mas, ao mesmo tempo, aumenta a sua velocidade, de forma que aumenta também a sua energia cinética. No caso de não existirem atritos, a diminuição da energia potencial gravitacional em qualquer ponto do percurso é igual ao aumento de energia cinética.
O princípio da conservação da energia mecânica diz que num sistema isolado constituído por corpos que interagem apenas com forças conservativas, a energia mecânica total permanece constante.
No pêndulo, quando se levanta uma bolinha de sua extremidade, ela adquire energia potencial e, ao ser solta,
choca-se com as outras e transfere energia e quantidade de movimento para o sistema.
Dessa forma, a bolinha da extremidade oposta levante-se também. (Foto: Freepik)
Forças dissipativas
Em um sistema de forças não-conservativas, há variação da energia mecânica total. A força de atrito faz um objeto parar, transformando sua energia cinética inicial em calor e som.
Sempre que houver força de atrito, parte da energia mecânica do sistema vai ser transformada em calor e som. É possível verificar isso quando um carro freia bruscamente: escuta-se o som característico da freada e percebe-se a fumaça dos pneus queimando em virtude do aumento da temperatura devido à força de atrito com o asfalto.
Quando um sistema apresenta forças dissipativas, como a força de resistência do ar, a força de atrito, a força viscosa de líquidos, ocorre a diminuição da energia mecânica, com a transformação, principalmente, em energia térmica.
Forças conservativas
No estudo da mecânica, as forças gravitacional e elástica são caracterizadas como sendo forças conservativas. Então, sistemas nos quais apenas essas duas forças realizam trabalhos apresentam a energia mecânica inicial igual à energia mecânica final.