A energia mecânica é uma forma de energia associada ao movimento e à posição de um objeto. É composto por dois componentes principais: energia cinética e energia potencial.
Existem muitos tipos de energia mecânica, mas todas podem ser classificadas entre energia cinética e energia potencial. A cinética está relacionada com a velocidade e o potencial na posição do objeto.
A energia mecânica de um corpo é a soma de sua energia cinética e sua energia potencial.
O princípio da conservação da energia relaciona ambas as energias. Em um sistema isolado, no qual não há troca de energia com o exterior, a energia mecânica total é conservada, o que significa que a soma da energia cinética e da energia potencial permanece constante ao longo do tempo.
No entanto, em sistemas não isolados, como aqueles sujeitos a forças externas ou atrito, a energia mecânica pode mudar devido à conversão entre diferentes formas de energia.
Definição de energia mecânica
Podemos definir este tipo de energia como "a capacidade de produzir trabalho mecânico que um corpo possui devido a causas de origem mecânica, como sua posição ou sua velocidade".
Tipos de energia mecanica
A energia mecânica pode se manifestar em diferentes formas de energia cinética e potencial. Aqui estão alguns tipos comuns de energia mecânica que combinam os dois tipos:
Energia cinética linear: É a energia associada ao movimento em linha reta de um objeto devido à sua velocidade. Nesse caso, a energia depende da massa do objeto e sua velocidade ao quadrado. Por exemplo, um carro em movimento possui energia cinética devido à sua massa e velocidade.
Energia potencial gravitacional: É a energia associada à posição de um objeto em um campo gravitacional, como a energia possuída por um objeto alto. Quanto maior a altura e a massa do objeto, maior sua energia potencial gravitacional.
Energia potencial elástica: É a energia armazenada em objetos elásticos, como molas, quando são comprimidos ou esticados. Quando a tensão no objeto é liberada, essa energia é convertida em energia cinética. A quantidade de energia potencial elástica depende da quantidade de deformação do objeto elástico.
Energia rotacional: É a energia associada ao movimento rotacional de um objeto em torno de um eixo. É aplicado principalmente a objetos que giram, como rodas, engrenagens ou turbinas. A energia rotacional depende da massa do objeto, sua distribuição de massa e sua velocidade angular.
Energia de vibração: É a energia associada às oscilações ou vibrações de um objeto. É encontrado em sistemas como pêndulos, cordas de violão ou moléculas vibrantes.
Tenha em mente que esses tipos de energia não são mutuamente exclusivos. Ou seja, é possível que um objeto tenha energia cinética linear e energia potencial gravitacional. Isso acontece, por exemplo, ao lançar uma bola para o ar; enquanto está subindo, tem os dois tipos de energia.
Energia cinética: energia que depende da velocidade
A energia cinética é uma forma de energia que um corpo em movimento possui devido à inércia da massa.
A energia cinética é diretamente proporcional à massa do corpo e ao quadrado de sua velocidade. Além disso, a energia cinética de um corpo em movimento é igual ao trabalho necessário para trazer o corpo do repouso ao estado em que se encontra.
Existem vários tipos de energia cinética. No entanto, os dois tipos mais importantes são:
Energia cinética translacional, na qual o objeto se move de um ponto a outro
Energia cinética rotacional, na qual o objeto gira sobre si mesmo.
Energia potencial: a energia que depende da posição
Energia potencial é o trabalho que um objeto é capaz de fazer como resultado do estado do objeto. Esse estado pode ser a localização em um campo de força (por exemplo, gravidade) ou a configuração interna do objeto.
A magnitude da energia potencial não é definida por si só. Apenas a diferença de tamanho foi determinada.
Existem diferentes tipos de energia potencial, das quais destacamos as seguintes:
Energia potencial elástica, que depende da energia armazenada em seu interior (por exemplo, uma mola).
Energia potencial gravitacional, que depende da gravidade e, portanto, da altura.
Energia potencial elétrica.
Energia potencial química, quando depende de sua composição química.
Para que serve a energia mecânica?
A energia mecânica é essencial em muitos aspectos de nossas vidas e tem várias aplicações práticas. Aqui estão algumas maneiras pelas quais a energia mecânica é útil:
Trabalho e movimento
Uma aplicação de energia mecânica é encontrada ao realizar trabalho e gerar movimento.
Por exemplo, na indústria, é utilizado para acionar máquinas e ferramentas, permitindo a fabricação e produção de mercadorias. Também é necessário para o funcionamento de veículos, como carros, aviões e trens, que utilizam esse tipo de energia para propulsão.
Geração da eletricidade
Grande parte das formas de geração de eletricidade utiliza trabalho mecânico durante o processo. Vejamos alguns exemplos ilustrativos:
As usinas nucleares usam turbinas a vapor para converter calor em energia elétrica usando geradores.
Nas usinas hidrelétricas, a energia cinética da água em movimento, obtida ao deixá-la cair de uma determinada altura, é utilizada para girar as turbinas, que por sua vez geram eletricidade.
As usinas eólicas usam as pás das turbinas eólicas para converter a energia cinética do fluido (vento) em energia cinética rotacional. Desta forma, a energia associada à velocidade das moléculas em movimento, ou seja, o vento, é convertida em energia mecânica.
Transporte de pessoas e mercadorias
Veículos motorizados, como carros, caminhões e aviões, usam energia mecânica para se mover.
Obviamente, o transporte de pessoas e mercadorias também inclui sistemas de transporte público, como trens e bondes.
Máquinas e ferramentas
Em vários setores industriais, a energia mecânica é essencial para operar máquinas e ferramentas. Da construção e agricultura à manufatura e mineração, a energia mecânica alimenta o maquinário usado para realizar tarefas como perfuração, corte, levantamento pesado e outros processos.
Recreação e esporte
As atividades recreativas e esportivas são outras atividades nas quais a energia mecânica é utilizada.
Por exemplo, em esportes como ciclismo, atletismo ou natação, os movimentos do corpo humano geram e utilizam energia mecânica, pois há um deslocamento e, dependendo do caso, uma variação de altura.
Além disso, parques de diversões, como montanhas-russas e rodas-gigantes, usam essa energia para proporcionar emoções e entretenimento.
Exemplos cotidianos do dia a dia
Na vida cotidiana, existem muitos exemplos de energia mecânica:
Uma bola caindo: Se segurarmos uma bola em nossas mãos, ela tem energia potencial e nenhuma energia cinética. Se o soltarmos, ele começará a ganhar velocidade e perder altura. O que é o mesmo, a energia cinética aumenta e a energia potencial diminui.
Em um motor elétrico, a corrente elétrica é convertida em energia cinética rotacional que é usada para acionar o veículo.
Um gerador elétrico converte energia mecânica em energia elétrica. É o mesmo caso do motor elétrico, mas no sentido inverso.
Uma usina hidrelétrica (energia hidráulica) aproveita a energia potencial da água no topo. Quando a água cai, a energia potencial torna-se cinética.
Um motor de combustão interna é um motor térmico que obtém energia mecânica da energia química pela queima de combustível.
No caso da energia eólica, os aerogeradores aproveitam a energia cinética das moléculas de ar para girar de acordo com a teoria da mecânica dos fluidos.
