Energia mecanica

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Energia mecânica
Física
2o bimestre − Aula 9
Ensino Médio
1a
SÉRIE
2024_EM_V1
Trabalho e energia.
Compreender as formas de energia;
Analisar a energia mecânica e a sua conservação.
Conteúdo
Objetivos
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5 MINUTOS
Virem e conversem
Montanha-russa em movimento.
Observe o gif a seguir. Quais são as grandezas físicas que você pode associar ao que vê? De que forma elas se relacionam?
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Para começar
Outra característica importante é que a soma total das energias de um sistema fechado se conserva, ou seja, a quantidade
total de
energia
nunca é
alterada.
Energia é um dos conceitos mais difíceis de definir na Física, embora seja um dos mais utilizados e estudados, em função das suas diversas manifestações na natureza.
No contexto da mecânica podemos dizer que:
Energia
Na queda das águas das Cataratas do Iguaçu, a força peso realiza trabalho e transfere energia para a água.
Energia é a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho.
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Foco no conteúdo
A energia cinética relaciona-se ao movimento, ou seja, é a manifestação da energia que possui qualquer corpo que se movimente.
Além da velocidade, a massa é uma grandeza relevante para mensurar a energia cinética de um corpo.
Como vimos no gif do início da aula, a energia cinética é uma das modalidades de energia ali presentes, originada do movimento do carrinho da montanha-russa.
Energia cinética
Se o carrinho estivesse em repouso, não haveria energia cinética.
Matematicamente, a energia cinética pode ser determinada a partir da seguinte expressão:
Assim como o trabalho, a energia é medida em joule (J).
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Foco no conteúdo
(Unicamp) A massa da sonda DART será de , e ela deverá ter a velocidade imediatamente antes de atingir Didymoon. Assim, a energia cinética da sonda antes da colisão será igual a:
 .
 .
 .
 .
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Na prática
Alternativa D.
É importante atentar-se à unidade de medida de velocidade,
km/s = 103 m/s
Assim, a energia cinética:
 
Correção
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Na prática
A energia potencial gravitacional é aquela que está associada à posição/altura dos corpos em relação a um dado plano horizontal. 
A origem dessa energia vem da interação gravitacional dos corpos com a Terra. Podemos definir matematicamente a energia potencial gravitacional pelo trabalho que a força peso realizaria se o corpo caísse de uma altura h.
Assim:
Energia potencial gravitacional
Dessa forma, adota-se um referencial horizontal. Acima ou abaixo desse referencial, ou seja, com , o corpo possui energia potencial gravitacional.
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Foco no conteúdo
Outra forma de energia potencial é a elástica Esta é a forma de energia encontrada em sistemas elásticos e que sofrem deformação, como, por exemplo, materiais com propriedades elásticas e molas. Assim como a energia potencial gravitacional, sua forma elástica se apresenta matematicamente como o trabalho da força elástica. Assim:
Energia potencial elástica
Diferente da energia potencial gravitacional, a energia potencial elástica nunca será negativa, por ser diretamente proporcional ao quadrado da deformação x.
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Foco no conteúdo
Conservação de energia
No ponto mais baixo, sua velocidade é máxima, assim como sua Ec. Assim, percebemos que a energia total do skatista não é alterada, mas as formas de energia aumentam e diminuem na mesma proporção.
Como vimos, a energia total de um corpo nunca é perdida; pelo contrário, ela é conservada. Nesse sentido, quando uma forma de energia diminui, outra consequentemente aumenta. Um exemplo clássico é o movimento de um skatista. Nos pontos mais altos da rampa, ele possui Epg máxima. No entanto, quando inicia a descida, ganha velocidade e sua Epg é transformada gradativamente em Ec. 
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Foco no conteúdo
No caso de não haver a ação de forças dissipativas (perdidas) sobre um sistema, como atrito e força térmica, a energia mecânica é conservada, ou seja, sua variação é igual a zero. Assim:
 
Portanto:
Isto é:
 
Energia mecânica
A partir da ideia de que a energia total de um sistema é conservada e das formas de energia que vimos até aqui, podemos definir a energia mecânica como a forma de energia relacionada ao estado de movimento de um corpo. A energia mecânica se apresenta como a soma das energias cinética e potencial (gravitacional e elástica) e se mantém constante.
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Foco no conteúdo
(Fatec) Um bloco de massa 0,60 kg é abandonado a partir do repouso no ponto A de uma pista no plano vertical. O ponto A está a 2,0 m de altura da base da pista, onde está fixa uma mola de constante elástica 150 N/m. São desprezíveis os efeitos do atrito e adota-se g = 10 m/s2. A máxima compressão da mola vale, em metro:
0,80.
0,40.
0,20.
0,10.
0,05.
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Na prática
Alternativa B.
Sabendo que não há forças dissipativas, há conservação da energia mecânica. Assim:
 
= 
 
 
Correção
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Na prática
Simulador “Energia na pista de skate”
Para verificar a conservação da energia mecânica e ver as formas que compõem a energia mecânica alternadamente, mudando seus valores na mesma proporção, acesse o simulador on-line “Energia na pista de skate” a seguir. Clique na opção “Introdução” e mexa nos marcadores. Você pode adicionar o gráfico de setores para verificar a conservação da energia mecânica, e pode adicionar atrito para verificar o efeito de forças dissipativas na energia mecânica.
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Aplicando
Aprendemos que a energia cinética é aquela relacionada ao movimento dos corpos;
Verificamos as energias potencial gravitacional e elástica;
Aprendemos que a energia mecânica se conserva quando não há forças dissipativas atuando sobre um sistema.
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O que aprendemos hoje?
Lista de imagens e vídeos
Slide 3 - https://www.gettyimages.com.br/detail/v%C3%ADdeo/excitement-rollercoaster-imagens-de-arquivo/125393992?adppopup=true 
Slide 4 - https://pixabay.com/pt/photos/foz-do-igua%C3%A7u-igua%C3%A7u-cachoeira-agua-221274/
Slide 8 - https://www.respondeai.com.br/conteudo/fisica/energia/formulas/formula-da-energia-potencial 
Slide 9 - https://www.youtube.com/watch?v=kkmMANrLzrc 
Slide 10 - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-mecanica.htm 
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Referências
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