Energia Mecanica

A energia é algo com que convivemos constantemente. Para nos mantermos vivos, precisamos nos alimentar e, para isso, extrair a energia dos alimentos. Historicamente, o homem se encontra em uma busca constante por formas de energia. A queda das águas para gerar energia elétrica, a queima de combustíveis para a geração de movimento e mais um enorme número de exemplos.

Desses todos, é importante observar que em nenhum deles ocorreu criação de energia, mas sim a sua transformação. Um caso clássico que pode ser citado é o de uma usina hidrelétrica, onde ocorre a transformação da energia mecânica em energia elétrica.

Aqui vamos explicar as formas de energia que são estudadas na mecânica, como o trabalho e as energias cinética, potencial e mecânica.

Trabalho

Para se colocar algum objeto em movimento, é necessária a aplicação de uma força e, simultaneamente, uma transformação de energia. Quando há a aplicação de uma força e um deslocamento do ponto de aplicação dessa força, pode-se dizer que houve uma realização de trabalho.

Note que, para realizar-se um trabalho, existe a necessidade de um deslocamento. Caso algum objeto esteja sob a ação de uma força, mas em repouso, não haverá a realização de trabalho. As forças que atuam sobre uma pessoa parada segurando uma mala não realizam

trabalho pois não há deslocamento do ponto de aplicação dessas forças.

Considere um objeto que está submetido a uma força

F→

e, devido a essa força, esse objeto sofre um deslocamento

d→

, como se vê abaixo:

A força

d→

pode ser dividida em dois componentes,

F→

e

FY→

, como se mostra a seguir:

Observe que o componente de

F→

que realiza o trabalho é

FX→

, pois é o que tem a mesma direção do deslocamento. O componente

FY→

não realiza trabalho, pois é perpendicular ao deslocamento e, por isso, não interfere diretamente no movimento.

O trabalho é definido como sendo o produto do componente

FX→

pelo deslocamento sofrido pelo objeto e como

FX=F.cosΘ

, teremos a seguinte definição matemática para o trabalho:

τ=FX.d

ou

τ=F.d.cosΘ

No Sistema Internacional, a unidade de trabalho é o joule (J).

No exemplo citado, a força mostrada é causadora do movimento do objeto, mas existem casos em que a força é de oposição ao movimento, como por exemplo o atrito. Nessas situações o trabalho será negativo. Observe o quadro abaixo:

Uma força que merece uma atenção especial, ao realizar trabalho, é a força da gravidade. Considere um corpo que é abandonado de certa altura. Durante o movimento de queda temos um deslocamento para baixo e uma força, a gravidade, que também é direcionada para baixo. Sabemos que, se há uma força e um deslocamento do ponto de aplicação, haverá a realização de trabalho. Nesse caso o trabalho será determinado pelo produto da força da gravidade pela altura de queda do objeto:

τ=P.h

É importante salientar que o trabalho da força da gravidade independe da trajetória descrita durante o movimento e por isso ela é classificada como força conservativa.

A força da gravidade também é conhecida como força peso que é constante quando se está próximo da superfície da Terra e é calculada com o produto da massa do objeto pela a aceleração da gravidade local.

P=m.g

Em uma descida, o trabalho da força da gravidade é positivo, pois ela está contribuindo com o movimento, mas, em uma subida, o trabalho da força da gravidade será negativo, pois agora ela é de oposição ao movimento.

d→

é o vetor que indica deslocamento.

Energia Cinética

Considere um corpo inicialmente em repouso, como por exemplo, uma bicicleta. Para colocá-la em movimento será necessária a aplicação de uma força e, com isso, a realização de trabalho. Se essa força for paralela ao deslocamento, o trabalho será determinado pelo produto da força pelo deslocamento.

τ=F.d

A força aplicada é determinada pela Segunda lei de Newton, ou seja:

F=m.a

Considerando que a força aplicada foi constante e que a bicicleta partiu do repouso, então a ela realizará um movimento uniformemente variado e o seu deslocamento e a sua velocidade serão determinadas da seguinte forma:

d=at22

v=at

Substituindo as equações de força e deslocamento na definição de trabalho, teremos:

τ=F.d→τ=m.a.at22→τ=m(at)22

Lembre que v = a.t e então chegaremos