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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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Energia cinética translacional, na qual o objeto se move de um ponto a outro
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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:
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Energia potencial elástica, que depende da energia armazenada em seu interior (por exemplo, uma mola).
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Energia potencial gravitacional, que depende da gravidade e, portanto, da altura.
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Energia potencial elétrica.
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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:
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As usinas nucleares usam turbinas a vapor para converter calor em energia elétrica usando geradores.
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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.
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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:
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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.
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Em um motor elétrico, a corrente elétrica é convertida em energia cinética rotacional que é usada para acionar o veículo.
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Um gerador elétrico converte energia mecânica em energia elétrica. É o mesmo caso do motor elétrico, mas no sentido inverso.
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Uma usina hidrelétrica (energia hidráulica) aproveita a energia potencial da água no topo. Quando a água cai, a energia potencial torna-se cinética.
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Um motor de combustão interna é um motor térmico que obtém energia mecânica da energia química pela queima de combustível.
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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.