A energia potencial gravitacional, também conhecida como gravidade, é um tipo particular de energia potencial que está subjacente a muitos dos fenómenos que vivenciamos no nosso dia a dia, desde atirar uma bola ao ar até à compreensão de como funcionam as centrais hidroelétricas.
Neste artigo definiremos detalhadamente a energia potencial gravitacional, a fórmula de cálculo com dois exercícios resolvidos e exemplos de aplicação para ajudar você a entender melhor esse tipo de energia.
Definição de energia potencial gravitacional
A energia potencial gravitacional é uma forma de energia que um objeto possui devido à sua posição em um campo gravitacional, como o da Terra.
Quando um objeto está a uma certa altura acima de um ponto de referência, como o solo, ele acumula energia potencial gravitacional. Essa energia está pronta para ser convertida em energia cinética, ou seja, energia do movimento, quando o objeto cai.
Fórmula para energia potencial gravitacional
A fórmula para calcular a energia potencial gravitacional é a seguinte:
E p =m⋅g⋅h
Onde:
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E p é a energia potencial gravitacional (em joules, J).
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m é a massa do objeto (em quilogramas, kg).
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g é a aceleração da gravidade no local onde o objeto está localizado (em metros por segundo ao quadrado, m/s²).
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h é a altura do objeto acima do ponto de referência (em metros, m).
Aceleração da gravidade
O valor da aceleração da gravidade (g) na superfície da Terra pode variar ligeiramente dependendo da localização geográfica, altitude e outros fatores locais, mas um valor médio de aproximadamente 9,81 metros por segundo quadrado (m) é comumente aceito. /s²) .
Relação com a lei da gravitação universal
A fórmula da energia potencial gravitacional é uma consequência direta da lei da gravitação universal de Isaac Newton. A relação entre a energia potencial gravitacional e a força da gravidade é estabelecida através do trabalho realizado pela força da gravidade ao mover um objeto em um campo gravitacional.
Quando um objeto se move verticalmente em um campo gravitacional (por exemplo, quando cai de uma certa altura), o trabalho realizado pela força da gravidade é convertido em energia potencial gravitacional.
A relação entre estas duas fórmulas é evidente quando consideramos como o trabalho realizado ao mover um objeto verticalmente se traduz numa mudança na sua energia potencial gravitacional.
Exemplos do dia a dia
Para melhor compreender este conceito energético, apresentamos alguns exemplos reais:
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Uma bola no ar: Imagine que você tem uma bola na mão e a levanta a uma certa altura do solo. Neste caso, a energia potencial gravitacional da bola aumenta à medida que você a levanta. Ao soltá-la, a energia potencial é convertida em energia cinética e a bola cai em direção ao solo.
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Usina hidrelétrica: As usinas hidrelétricas aproveitam a energia potencial gravitacional da água armazenada em um reservatório elevado. Quando uma comporta se abre, a água cai de uma grande altura, girando turbinas e gerando eletricidade no processo.
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Salto de paraquedas: Quando um paraquedista sobe em um avião, ele acumula energia potencial gravitacional. Ao saltar, a energia potencial é convertida em energia cinética durante a execução do que em cinemática é conhecido como movimento linear uniformemente acelerado.
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Lançamento de projéteis: Em situações de lançamento de projéteis, como um foguete espacial, a energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética à medida que o objeto sobe. À medida que o projétil sobe, sua energia potencial aumenta e, à medida que desce, essa energia potencial é convertida em energia cinética devido à lei da conservação da energia.
Exercícios resolvidos
Vejamos agora alguns exemplos de exercícios resolvidos nos quais a fórmula mostrada acima é aplicada:
Exercício 1
Calcule a energia potencial gravitacional de uma rocha com massa de 5 kg que está a uma altura de 10 metros do solo. Ele usa uma aceleração da gravidade de 9,81 m/s².
Solução
E p = m⋅g⋅h
E p = 5kg ⋅ 9,81m/s² ⋅ 10m = 490,5J
A energia potencial gravitacional da rocha é 490,5 joules.
Exercício 2
Suponha que uma pessoa levante uma caixa de 20 kg a uma altura de 2 metros acima do solo. Calcule a energia potencial gravitacional da caixa.
Solução
E p =m⋅g⋅h
E p = 20kg ⋅ 9,81m/s² ⋅ 2m = 392,4J
A energia potencial gravitacional da caixa é 392,4 joules.
