Na mecânica clássica, a energia cinética de um objeto é a energia que ele possui por estar em movimento e ter massa. Quanto maior a velocidade de um objeto e maior sua massa, maior sua energia cinética.
A energia cinética também é definida como a quantidade de trabalho necessária para acelerar um corpo de uma certa massa até uma certa velocidade. Essa energia será constante enquanto a velocidade do corpo for mantida.
Esta forma de energia é importante em vários contextos. Por exemplo, na física de batidas e colisões, é usado para analisar as transformações de energia que ocorrem durante o evento.
Além disso, é essencial em áreas como mecânica, engenharia e indústria, pois permite entender e aproveitar o movimento de objetos para diferentes aplicações e tecnologias.
A energia cinética é medida em joules (J) de acordo com o sistema internacional de unidades.
Tipos de energia cinética
A energia cinética pode ser classificada em diferentes tipos, dependendo do contexto ou da fonte de movimento. Aqui estão alguns exemplos de tipos de energia cinética:
Linear: É a energia associada ao movimento retilíneo de um objeto ao longo de uma trajetória.
Rotacional: Refere-se à energia associada ao movimento rotacional de um objeto em torno de um eixo. Esse tipo de energia é aplicado a objetos que giram, como rodas, turbinas ou frisbees.
Vibracional: É a energia associada ao movimento vibratório de um objeto. Aplica-se a sistemas que oscilam ou vibram, como cordas de violão, moléculas em um gás ou partículas em uma onda.
Térmica: É a energia associada ao movimento aleatório das partículas em um sistema. Está relacionado à temperatura do objeto e se deve ao movimento rápido e constante de átomos ou moléculas. Quanto maior a temperatura de um objeto, maior sua energia cinética térmica.
Energia cinética de partículas subatômicas: No campo da física de partículas, partículas subatômicas, como elétrons, prótons ou nêutrons, possuem energia devido ao seu movimento. Esse tipo de energia é especialmente relevante em reatores nucleares, pois a probabilidade de gerar reações de fissão nuclear depende da velocidade dos nêutrons livres.
Energia cinética do fluido: Na mecânica dos fluidos, a energia cinética refere-se ao movimento de um fluido, como um líquido ou gás.
Fórmula da energia cinética
Cada um dos tipos citados acima possui uma fórmula diferente a ser calculada. Nesta seção, mencionaremos as fórmulas linear e rotacional.
Fórmula da Energia Cinética Translacional Linear
A fórmula aplicada para objetos que se movem em linha reta é a seguinte:
Onde:
m é a massa em quilogramas (kg)
v é a velocidade expressa em metros por segundo (m/s)
A partir desta fórmula, pode-se ver que a energia cinética é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade. Isso significa que um objeto que se move a uma velocidade maior terá uma energia cinética muito maior do que um objeto com a mesma massa, mas com uma velocidade menor.
Na mecânica relativística, é uma boa aproximação apenas quando a velocidade é muito menor que a velocidade da luz.
Fórmula da Energia Cinética Rotacional
Para o cálculo de um corpo girando em um eixo é o seguinte:
Onde:
Ix: momento de inércia.
ω: Velocidade angular.
Exemplos de energia cinética
Diferentes tipos de energia cinética são ilustrados abaixo:
Um carro em movimento: O carro tem energia cinética linear devido à sua velocidade na estrada. Além disso, as rodas giratórias do carro têm energia cinética rotacional.
Um pêndulo oscilante: Um pêndulo, como o de um relógio de parede, possui energia cinética devido ao seu movimento oscilante. Essa energia cinética é do tipo vibracional.
Uma roda de bicicleta em movimento: Uma roda de bicicleta em movimento tem energia cinética de rotação. Além disso, a bicicleta como um todo possui energia cinética linear devido à sua velocidade.
Um avião em voo: Um avião em voo possui energia cinética linear devido à sua velocidade no ar. Além disso, as pás ou hélices do motor têm energia cinética rotacional.
Um elétron acelerado em um acelerador de partículas: Os elétrons que são acelerados em um acelerador de partículas ganham energia cinética devido à sua velocidade. Isso corresponde à energia cinética das partículas subatômicas.
Vento em Movimento: O vento em movimento tem energia cinética associada à sua velocidade. Esta energia cinética do vento é uma forma de energia cinética fluida.
Relação entre energia potencial e energia cinética
Na natureza existem muitas formas de energia e, de acordo com a lei da conservação da energia, a energia não pode ser criada nem destruída, mas pode ser transformada de um tipo em outro.
Um caso particular são esses dois tipos de energia: a soma das duas é a energia mecânica.
A energia potencial é a energia mecânica associada à localização de um corpo dentro de um campo de força, por exemplo, a força da gravidade.
Se um objeto está a uma certa altura, ele possui energia potencial gravitacional (que depende da altura). Se o deixarmos cair, perde energia potencial e transforma-se em energia cinética (energia de movimento).
Um exemplo é uma montanha-russa. A energia mecânica dos carrinhos permanece constante, mas a cada subida e descida o equilíbrio entre energia potencial e cinética muda constantemente.
