CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

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FACULDADE PIO DÉCIMO, CAMPUS III 
FÍSICA I – Eng. Civil/Elétrica 
2015/1 
 
Energia e sua transformação 
O termo Energia incorporou-se, em caráter definitivo, ao cotidiano das pessoas. 
Este é o reconhecimento de que o consumo de energia determina, e muito, o padrão de 
vida dos habitantes da Terra. Ter energia à disposição, sob as mais diversas formas, é 
uma condição necessária para o desenvolvimento econômico e social de um país. 
O homem utiliza energias de diferentes formas para realizar as mais diversas 
tarefas. Por exemplo, ele se beneficia da energia muscular animal para tracionar 
carroças e arados. Utiliza energia elétrica para uma infinidade de afazeres, além do uso 
na iluminação ambiental. Utiliza energia proveniente de combustível fóssil, o petróleo, 
para facilitar a sua locomoção. Além disso, usa energia química no seu organismo para 
manter as funções vitais; o alimento por ele ingerido proporciona uma reserva 
energética estrategicamente armazenada para que possa ser utilizada quando necessário. 
Hoje em dia, são também utilizadas energia eólica (vento), energia solar (por exemplo, 
em células solares) e energia nuclear em tratamentos médicos, diagnósticos, 
esterilização de material cirúrgico, para citar apenas parte do seu uso pacífico. 
Energia é, portanto, a mola propulsora do desenvolvimento, do progresso. Por 
isso, a relevância de programas de geração e conservação de energia. A busca por fontes 
alternativas de energia será perene. 
 
Energia Mecânica 
Na Mecânica são introduzidos os conceitos de energia cinética, que é relativa ao 
movimento, e energia potencial, que é relativa à posição. A energia é uma grandeza 
escalar. 
Para uma partícula de massa m e velocidade v, a sua energia cinética é dada pela 
expressão: 
21
2
K mv
 
Note-se que quanto maior for a velocidade e a massa de um objeto tanto maior 
será a sua energia cinética. Esta expressão está muito de acordo com a nossa experiência 
cotidiana. Sabemos que um carro em movimento pode realizar tarefas, algumas delas 
absolutamente desnecessárias, tais como derrubar postes, derrubar muros ou deformar 
laterais de outros carros. O estrago provocado em acidentes é tanto maior quanto maior 
a velocidade do veículo. Uma jamanta, por outro lado, por ter uma massa maior do que 
um automóvel é capaz de fazer mais estragos do que este (à mesma velocidade). 
Existe uma forma de energia, muito importante na Mecânica e em outras áreas da 
Física Clássica, que depende da posição. Ou seja, esta energia (esta forma de energia) 
depende do ponto onde o móvel está localizado. Por essa razão esta energia é 
denominada Energia Potencial (energia de posição). 
O que faz uma partícula possuir energia pelo simples fato de ele ocupar uma certa 
posição no espaço? A resposta é bastante simples. Esta forma de energia surge como 
resultado da interação entre os objetos. Em outras palavras, a energia potencial está 
intimamente ligada à existência de forças. Mais precisamente, a energia potencial 
resulta sempre de alguma força (ou interação) que lhe deu origem. 
Energia Potencial  Força 
No entanto, nem todas as forças dão origem a essa forma de energia (Energia 
Potencial). Algumas forças (como as forças de atrito), ao invés de gerarem energia, 
acabam dissipando, isto é, consumindo, energia. 
No mundo físico, classificamos assim as forças em duas grandes categorias: 
Forças Conservativas as quais dão origem a alguma forma de energia potencial 
Forças Não-conservativas não podemos associar a elas a energia potencial. 
Exemplos de Forças Conservativas: 
 Força elétrica Energia potencia elétrostática 
 Força elástica Energia potencia elástica 
 Força gravitacional Energia potencial gravitacional 
Exemplos de Forças não-conservativas: 
 Força de atrito 
 Forças viscosas em um fluído 
Energia potencial é a energia que está armazenada em um corpo ou sistema e que 
pode ser utilizada a qualquer momento para realizar trabalho, ou seja, é a energia que 
está pronta para ser transformada em outras formas de energia. Sabemos que existem 
vários tipos de energia, sendo as que mais daremos destaque: a energia potencial 
gravitacional e a energia potencial elástica. 
Energia potencial gravitacional 
Trata-se de uma energia associada ao estado de separação entre dois objetos que 
se atraem mutuamente através da força gravitacional. Dessa forma, quando elevamos 
um corpo de massa m a certa altura h estamos transferindo energia para o corpo na 
forma de trabalho. O corpo acumula energia e a transforma em energia cinética quando 
o soltamos, voltando a sua posição inicial. 
Matematicamente podemos calcular o valor da energia potencial de um 
determinado objeto da seguinte maneira: 
GU mgh
 
Energia potencial elástica 
É uma forma de energia mecânica que está armazenada numa mola deformada ou 
num elástico esticado. Por isso pode ser considerada uma forma de energia lenta, mas 
que pode ser transformada em energia de movimento. 
A relação matemática que nos permite calcular o valor da energia potencial 
elástica é a seguinte: 
21
2
EU kx
 
A energia mecânica de um corpo é igual a soma das energias potenciais e cinética 
dele. 
Então: 
E K U 
 
Qualquer movimento é realizado através de transformação de energia, por 
exemplo, quando você corre, transforma a energia química de seu corpo em energia 
cinética. O mesmo acontece para a conservação de energia mecânica. 
Podemos resolver vários problemas mecânicos conhecendo os princípios de 
conservação de energia. 
Por exemplo, uma pedra que é abandonada de um penhasco. Em um primeiro 
momento, antes de ser abandonada, a pedra tem energia cinética nula (já que não está 
em movimento) e energia potencial máxima. Quando a pedra chegar ao solo, sua 
energia cinética será máxima, e a energia potencial nula (já que a altura será zero). 
Dizemos que a energia potencial se transformou, ou se converteu, em energia cinética. 
Quando não são consideradas as forças dissipativas (atrito, força de arraste, etc.) a 
energia mecânica é conservada, então: 
in fE E
 
i i f fK U K U  
 
Para o caso de energia potencial gravitacional convertida em energia cinética, ou 
vice-versa: 
2 21 1
2 2
i i f fmv mgh mv mgh  
 
Para o caso de energia potencial elástica convertida em energia cinética, ou vice-
versa: 
2 2 2 21 1 1 1
2 2 2 2
i i f fmv kx mv kx  
 
Ação de forças dissipativas 
Se houver trabalho de forças não conservativas, a energia mecânica não se 
conservará, isto é, ela pode diminuir ou aumentar. As forças não conservativas cujo 
trabalho provoca diminuição da energia mecânica são denominadas forças dissipativas. 
É o caso da força de atrito de escorregamento e da força de resistência do ar. 
As situações nas quais o princípio da conservação da energia mecânica é válido 
são ideais. Rigorosamente, elas são raríssimas. Forças dissipativas, como a resistência 
do ar e os atritos, são praticamente inevitáveis. Para esses sistemas, o trabalho realizado 
pelas forças dissipativas corresponde à uma variação em um outro tipo de energia, a 
energia interna Uinterna, uma grandeza que é associada coma temperatura dos corpos 
int 0ernaU K U   
 
De outra forma, podemos associar a ação das forças dissipativas com o trabalho 
realizado por elas e assim podemos escrever que: 
i i f f outrasK U K U W   
 
Algumas situações de conservação de energia (desprezando o atrito)