Energia mecânica

A energia mecânica é a energia total agindo sobre um corpo ou sistema, calculada pela soma entre a energia cinética e a energia potencial. Ela é conservada quando não há forças dissipativas atuando sobre ela, o significa que, nesse caso, o valor da energia mecânica antes e depois da transformação de energia não é alterado.

Veja também: Energia elétrica — o resultado do trabalho realizado pela corrente elétrica

Resumo sobre energia mecânica

• A energia mecânica é uma grandeza física escalar que corresponde à soma entre a energia cinética e a energia potencial.

• Sua unidade de medida é o Joule.

• Seus tipos são: energia cinética (relacionada ao movimento dos corpos) e energia potencial, que pode ser elástica (relacionada à ação das molas sobre os corpos) ou gravitacional (relacionada à variação de altura dos corpos).

• Na sua conservaçao, a energia mecânica em um sistema antes é igual à energia mecânica nesse sistema depois. Um exemplo do que funciona por meio dessa conservação é o pêndulo de Newton.

O que é energia mecânica?

A energia mecânica é uma grandeza física escalar gerada pelo trabalho de um corpo, tratando-se da energia total que atua sobre um sistema, sendo a soma entre a energia cinética e a energia potencial.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida da energia mecânica é o Joule, representado pela letra J.

Fórmulas da energia mecânica

→ Energia mecânica

\(E_m=E_c+E_p\)

Em que

\(E_p=E_{pel}+E_{pg}\)

• \(E_m\) → energia mecânica, medida em Joule \([J]\).

• \(E_c\) → energia cinética, medida em Joule \([J]\).

• \(E_p\) → energia potencial, medida em Joule \([J]\).

• \(E_{pel}\) → energia potencial elástica, medida em Joule \([J]\).

• \(E_{pg}\) → energia potencial gravitacional, medida em Joule \([J]\).

→ 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 \([m⁄s]\).

→ Energia potencial elástica

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

• \(E_{pel}\) → energia potencial elástica, medida em Joule \([J]\).

• k → constante da mola, medida em \([N/m]\).

• x → elongação ou deformação da mola, medida em metros \([m]\).

→ Energia potencial gravitacional

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

• \(E_{pg}\) → energia potencial gravitacional, medida em Joule \([J]\).

• m → massa, medida em quilograma \([kg]\).

• g → aceleração da gravidade, vale aproximadamente \(9,8\ m⁄s^2 \).

• h → altura, medida em metros \([m]\).

Tipos de energia mecânica

Existem dois tipos de energia mecânica: a energia cinética e a energia potencial, que, por sua vez, é subdividida em energia potencial elástica e energia potencial gravitacional.

→ Energia cinética

É a energia associada a corpos em movimento, então, sempre que estivermos trabalhando com algo se locomovendo, teremos a energia cinética, conforme podemos ver na imagem.

→ Energia potencial

É a energia associada à posição em que os corpos se encontram, dividindo-se em energia potencial elástica e energia potencial gravitacional.

◦ Energia potencial elástica

É a energia associada à ação que uma mola executa sobre um corpo, conforme podemos ver na imagem.

◦ Energia potencial gravitacional

É a energia associada à atração gravitacional terrestre sobre os corpos, aparecendo sempre que trabalharmos com variações de altura, como no caso de uma queda, conforme podemos ver na imagem. 

Conservação de energia mecânica

Na conservação da energia mecânica, temos a transferência de energia mecânica por meio dos corpos, ocorrendo a igualdade entre os valores das energias mecânica antes e depois (instante antes e depois da conversão das energias), mas decorrendo da ausência de forças dissipativas, como a força de atrito e/ou da força de arraste. Sua fórmula pode ser escrita como:

\(E_{m\ antes}=E_{m\ depois}\)

• \(E_{m\ antes}\) → energia mecânica antes em um sistema, medida em Joule \([J]\).

• \(E_{m\ depois}\) → energia mecânica depois em um sistema, medida em Joule \([J]\).

Por exemplo, o pêndulo de Newton é um aparato que funciona pelo princípio de conservação da energia mecânica, em que, ao soltar uma das esferas, ela baterá nas outras, causando o movimento delas, e isso ocorre em razão da energia potencial gravitacional da esfera solta se converter em energia cinética para o restante do sistema, gerando o movimento. 

→ Videoaula sobre conservação da energia mecânica

Saiba mais: Como resolver exercícios de conservação da energia mecânica?

Exercícios resolvidos sobre energia mecânica

Questão 1

(Enem) Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em:

A) um dínamo.

B) um freio de automóvel.

C) um motor a combustão.

D) uma usina hidroelétrica.

E) uma atiradeira (estilingue).

Resolução:

Alternativa E

Em um estilingue, temos a energia potencial elástica proveniente da mola se convertendo em energia cinética, causando o lançamento do objeto.

Questão 2

(IFSP) Um atleta de salto com vara, durante sua corrida para transpor o obstáculo à sua frente, transforma a sua energia _____________ em energia ____________ devido ao ganho de altura e consequentemente ao/à _____________ de sua velocidade.

As lacunas do texto acima são, correta e respectivamente, preenchidas por:

A) potencial – cinética – aumento

B) térmica – potencial – diminuição

C) cinética – potencial – diminuição

D) cinética – térmica – aumento

E) térmica – cinética – aumento

Resolução:

Alternativa C

Temos a energia cinética se convertendendo em energia potencial gravitacional.