Energia Mecânica

 

Energia mecânica (Em) - é a energia total do sistema, ou seja, a soma das energias cinética (Ec) com a energia potencial (Ep), sendo que esta pode ser energia potencial gravitacional ou energia potencial elástica, ou ambas.

Sistemas conservativos – São aqueles onde não ocorre dissipação de energia e onde a energia cinética (Ec) e a energia potencial (Ep) são variáveis, mas sua soma, que é a energia mecânica é constante (é sempre a mesma em cada ponto), desde que ele se mova sob ação de forças conservativas (força peso, elástica, elétrica, etc.).

É importante lembrar que o trabalho das forças conservativas, como, por exemplo, as forças peso e potencial elástica não dependem da trajetória, mas apenas das posições inicial e final da mesma.

Assim, na figura acima, o trabalho da força peso da borboleta, que é uma força conservativa é o mesmo na ida de A até B por qualquer uma das trajetórias I, II ou III.

 

O que você deve saber

 

Em – energia mecânica (J)  ---  Ec – energia cinética (J)  ---  Ep – energia potencial “gravitacional ou elástica” (J)

 

 

 O trabalho das forças conservativas, como, por exemplo, as forças peso e potencial elástica não dependem da trajetória, mas apenas das posições inicial e final da mesma.

 

 Características do movimento de uma esfera em queda livre que atinge uma mola, deformando-a, até que a esfera pare.  

 

 I – a esfera é abandonada do repouso (V­o­=0) e cai sujeita apenas à força peso, com velocidade de intensidade V1, que vai aumentando devido apenas à aceleração da gravidade, até atingir a mola.

II – ao atingir a mola, começando a comprimi-la, surge a força elástica () que se opõe ao peso (). A intensidade de   vai aumentando, diminuindo a intensidade da força resultante que é para baixo, fazendo com que V2 aumente cada vez menos, até chegar à situação III.

III- nesta situação as intensidades das forças elástica e peso tornam-se iguais (P=Fe), quando a velocidade de queda torna-se máxima.   para baixo, fazendo com que a intensidade de Vue as

IV- entre III e IV, a velocidade da esfera vai diminuindo, pois Fe vai ficando cada vez maior que o peso, até que a esfera pare, com V4=0, e toda a energia mecânica do início, que é a potencial gravitacional, se transforma em elástica.

 Um sistema massa-mola constitui um oscilador harmônico simples com amplitude (máxima deformação) A, de características:

* A energia mecânica é sempre constante no MHS e vale Em= kA2/2  ou  Em=Ec + Ep  ou   Em=kx2/2 + m.v2/2

* Nos extremos onde v=0 e o módulo de x é A, temos que  --- Em=Ec + Ep  --- Em= 0 + k.A2/2  ---  Em=k.A2/2 = constante

* No ponto médio 0, onde o módulo de v é máximo e x=0, temos que  ---  Em=Ec + Ep  ---  Em=mv2/2 + 0  ---  Em=mv2max/2=const.

 Gráficos das energias cinética, potencial gravitacional e mecânica para um corpo de massa m, quando lançado verticalmente para cima, a partir da superfície da Terra, tomada como referencial e desprezando-se as forças resistivas.

Durante todo o movimento, conclui-se que, à diminuição de energia cinética corresponde um aumento de energia potencial gravitacional e vice-versa, mantendo-se constante a totalidade da energia mecânica:

Observe que as representações gráficas das energias cinética e potencial gravitacional correspondem à duas parábolas invertidas de modo que, em cada ponto, a soma dessas duas energias corresponda à energia mecânica, que é constante. Observe também que o tempo de subida é igual ao tempo de descida.

 

Sistemas dissipativos

Sistemas dissipativos – surgem quando o trabalho é realizado por forças dissipativas (força de atrito, força de resistência do ar, etc.) no qual, parte da energia mecânica do sistema é dissipada nas formas de energia térmica, sonora, etc. Assim a energia mecânica do sistema, diminui.

 

O que você deve saber

 Em todo sistema dissipativo, o trabalho das forças não conservativas (força de atrito, força de resistência do ar, etc.) é igual à  energia total dissipada, ou seja, é igual à variação da energia mecânica – Emfinal – Eminicial=Wforças dissipativas

 

 

Exercícios