Energia cinética

A energia cinética é a forma de energia associada ao movimento dos corpos, que pode ser rotacional, translacional ou oscilatório. Ela é uma grandeza física que pode ser definida como o esforço necessário para deslocar um corpo e que é calculada pela metade do produto entre a massa e o quadrado da velocidade do corpo.

Leia também: Energia térmica — grandeza física que se caracteriza pela soma das energias cinéticas das partículas de um sistema

Resumo sobre energia cinética

• A energia cinética é a forma de energia associada ao deslocamento dos corpos.
• Sua unidade de medida é o Joule.
• O trabalho realizado sobre um corpo pode ser definido em termos da variação da sua energia cinética.
• A energia cinética é calculada pela metade do produto entre a massa e o quadrado da velocidade do corpo.
• A energia potencial e a energia cinética podem ser transformadas uma na outra.
• A energia potencial pode ser elástica ou gravitacional.
• A energia cinética é aplicada em todas as situações em que ocorre movimento, como nos esportes e montanhas-russas.

O que é energia cinética?

A energia cinética é uma grandeza física escalar caracterizada pela capacidade que um corpo em movimento possui para a realização de trabalho, assim, quanto maior for a energia cinética de um corpo, maior a sua capacidade de realizar trabalho.                                            

Ela é dada em termos de um valor numérico e uma unidade de medida, que, de acordo com o sistema internacional de unidades, é o Joule, representado pela letra J.

Trabalho e energia cinética

O trabalho é uma grandeza física que pode ser definida como o esforço necessário para deslocar um corpo. Assim, para que ocorra trabalho, é necessário que ocorra uma transferência de energia entre os corpos, a isso chamamos de teorema do trabalho e da energia cinética, representado pela fórmula:

\(W=∆E_c\)

• W  → trabalho realizado sobre um corpo, medido em Joule [J].
• ∆E_c  → variação da energia cinética, medida em Joule [J].

Para ficar mais claro, por exemplo, quando empurramos um objeto, parte da nossa energia é transferida a ele, gerando movimento e, consequentemente, o seu deslocamento. Para saber mais detalhes sobre a relação entre trabalho e energia cinética, clique aqui.

Fórmula da energia cinética

\(E_c=\frac{m\cdot v^2}{2}\)

• E_c → energia cinética, medida em Joule J.
• m  → massa, medida em quilograma [kg].
• v  → velocidade, medida em [ms].

Como calcular a energia cinética?

A energia cinética é calculada por meio da sua fórmula. Abaixo temos alguns exemplos de como se calcula a energia cinética.

• Exemplo 1:

Determine a energia cinética de uma bola de 0,8 kg que é lançada e atinge uma velocidade de 10 m/s.

Resolução:

Calcularemos a energia cinética por meio da sua fórmula:

\(E_c=\frac{m\cdot v^2}{2}\)

\(E_c=\frac{0,8\cdot{10}^2}{2}\)

\(E_c=\frac{0,8\cdot100}{2}\)

\(E_c=40\ J\)

• Exemplo 2:

Um carro de 1000 kg se move a uma velocidade de 72 km/h. Com base nessas informações, calcule a sua energia cinética.

Resolução:

Primeiramente, converteremos a velocidade de km/h para m/s:

\(v=\frac{72\ km/h}{3,6}=20\ m/s\)

Calcularemos a energia cinética por meio da sua fórmula:

\(E_c=\frac{m\cdot v^2}{2}\)

\(E_c=\frac{1000\cdot{20}^2}{2}\)

\(E_c=\frac{1000\cdot400}{2}\)

\(E_c=200\ 000\ \)

\(E_c=200\ kJ\)

Energia cinética e energia potencial

Enquanto a energia cinética é a forma de energia associada ao deslocamento dos corpos, a energia potencial é a forma de energia que surge em razão da variação da posição dos corpos. A energia potencial pode ser convertida em energia cinética, assim como a energia cinética pode ser convertida em energia potencial, por exemplo, na subida ou queda dos objetos, no uso do arco e flecha. Uma dessas situações está retratada na imagem abaixo.

A energia potencial pode ser elástica, nos casos em que temos deformação do corpo, ou gravitacional, nos casos em que temos variações de altura.

A energia potencial elástica é calculada pela fórmula:

\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}{2}\)

• E_pel  → energia potencial elástica, medida em Joule J.
• k  → constante da mola, medida em [N/m].
• x  → elongação ou deformação da mola, medida em metros [m].

A energia potencial gravitacional é calculada pela fórmula:

\(E_{pg}=m\cdot g\cdot h\)

• E_pg  → energia potencial gravitacional, medida em Joule J.
• m  →  massa, medida em quilograma [kg].
• g  →  aceleração da gravidade, vale aproximadamente 9,8 ms².
• h  →  altura, medida em metros [m].

Veja também: Energia mecânica — grandeza física que corresponde à soma entre a energia cinética e a energia potencial

Aplicação da energia cinética

A energia cinética é aplicada em todas as situações em que se tem movimento. Pensando nisso, selecionamos algumas situações em que temos o uso da energia cinética.

• Usinas hidrelétricas
• Aceleradores de partículas
• Automóveis em movimento
• Conversão de energia
• Movimento dos skatistas

Exercícios resolvidos sobre energia cinética

Questão 1

(UFSM) Um ônibus de massa m anda por uma estrada de montanhas e desce uma altura h. O motorista mantém os freios acionados, de modo que a velocidade é mantida constante em módulo durante todo o trajeto. Considere as afirmativas a seguir, assinale se são verdadeiras (V) ou falsas (F).

( ) A variação de energia cinética do ônibus é nula.

( ) A energia mecânica do sistema ônibus-Terra se conserva, pois a velocidade do ônibus é constante.

( ) A energia total do sistema ônibus-Terra se conserva, embora parte da energia mecânica se transforme em energia interna.

A sequência correta é

A) V – F – F.

B) V – F – V.

C) F – F – V.

D) F – V – V.

E) F – V – F.

Resolução

Alternativa B

A variação de energia cinética do ônibus é nula. (verdadeira)

A energia mecânica do sistema ônibus-Terra se conserva, pois a velocidade do ônibus é constante. (falsa)

A energia mecânica do sistema ônibus-Terra diminui, pois, como os freios se mantêm acionados, a energia potencial gravitacional diminui ao se transformar em energia térmica, devido ao atrito, já a energia cinética permanece constante.

A energia total do sistema ônibus-Terra se conserva, embora parte da energia mecânica se transforme em energia interna. (verdadeira)

Questão 2

(PUC) 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.

Resolução:

Alternativa B

A velocidade do ciclista é constante, então a energia cinética também é constante. Contudo, como o ciclista está descendo a rua, temos a diminuição da sua altura e, consequentemente, a diminuição da energia potencial gravitacional.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.