Aula em PPT Energia - Transferências de energia

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Professora: Raquel Menezes 
Física I – Energia 
ENERGIA 
 A palavra energia é usada com muita frequência nos nossos dias. 
Na Física, costuma-se introduzir o conceito dizendo que “a energia 
representa a capacidade de realizar trabalho. 
 Agora vamos começar a entender o que é a energia. Pense em 
um dia bem comum na sua vida. Em tudo que você faz ou utiliza, a energia 
está presente. Os alimentos que consome lhe fornecem energia para 
suas funções vitais. 
Conceito de Energia 
 A energia aparece de diferentes formas e é de diferentes tipos: calor, 
luz, mecânica, elétrica, química, nuclear. Usamos energia para fazer a maior 
parte das atividades do dia-a-dia, desde o levantar da cama até ao enviar 
satélites para o espaço. E mesmo quando não estamos a fazer nada, a energia 
está sempre presente. 
 A energia pode ser transferida ou convertida de uma forma para 
outra, mas nunca é criada ou destruída. 
 A unidade utilizada, no SI, para medir a energia é a mesma usada 
para medir o trabalho: 1 Joule (J). 
 
Formas fundamentais de energia 
 As diferentes designações atribuídas à energia 
correspondem apenas a duas formas fundamentais de 
energia: 
 
Energia cinética que está associada ao movimento. 
 Esta é a energia que associamos ao vento, à água em 
movimento, à corrente eléctrica no circuito, ao som e à agitação 
das partículas do ar junto de um aquecedor. 
 
Energia potencial que corresponde à energia armazenada em 
condições de poder ser utilizada. 
 Esta é a energia acumulada numa bateria, nos alimentos e 
nos combustíveis. 
Energia cinética 
 O automóvel em movimento, a criança que corre e 
a pedra a rolar têm energia cinética. 
 Qualquer corpo em movimento possui 
energia cinética! 
Energia potencial Gravitacional 
 O alpinista possui energia armazenada pelo fato de 
ser atraído pela Terra. Essa energia que nesse momento 
não se manifesta, mas que pode vir a manifestar-se ao 
cair, designa-se por energia potencial gravitacional. 
Energia potencial Elástica 
 O boneco dentro da caixa tem energia armazenada. 
Esta energia manifesta-se quando o boneco salta e 
designa-se por energia potencial elástica. 
Energia potencial Química 
 A mistura explosiva possui energia, mesmo antes 
de explodir. Esta energia está relacionada com as forças 
de ligação entre as partículas que constituem as 
substâncias e designa-se por energia potencial química. 
A energia cinética depende de quê? 
 Se duas pedras, com a mesma massa, forem 
atiradas contra uma parede com velocidades 
diferentes, qual provocará mais danos? 
 A pedra que provoca maior estrago é a que possui 
maior velocidade porque tem uma energia cinética maior. 
A energia cinética depende de quê? 
 Se duas pedras, de massas diferentes, forem 
atiradas contra uma parede com a mesma velocidade, 
qual provocará maior estrago? 
A pedra que provoca maior estrago é a que possui maior 
massa porque tem uma energia cinética maior. 
A energia potencial gravitacional depende de 
quê? 
 Se deixarmos cair uma pedra, em qual dos 
três níveis vai causar maior estrago? 
 A pedra produz mais estragos quando cai do nível 3 
porque como cai de uma altura maior tem uma energia 
potencial gravitacional maior. 
A energia potencial gravitacional depende de 
quê? 
 Se deixarmos cair duas pedras de massas diferentes 
mas da mesma altura, qual vai causar maior estrago? 
 A pedra de maior massa produz mais estragos 
porque tem uma energia potencial gravítica maior. 
Energia potencial gravitacional elástica 
depende de quê? 
Energia cinética e energia potencial 
 A energia cinética depende da massa e da velocidade. 
Maior massa 
Maior velocidade 
Maior energia cinética 
 A energia potencial gravitacional depende da massa e da 
altura. 
Maior massa 
Maior altura 
Maior energia potencial gravitacional 
 A energia potencial elástica depende da deformação. 
Maior deformação Maior energia potencial elástica 
Ex 1: Um automóvel vermelho de massa 2000 Kg, está se movimentando com 
uma velocidade de 120 Km/h, quando bate com outro automóvel parado. 
a) Qual é a energia cinética que o carro vermelho possui? 
b) Se a massa do carro diminuísse pela metade qual seria o valor da energia 
cinética? 
c) E se a velocidade triplicasse, qual seria a nova energia cinética? 
d) Imagine agora que o carro laranja possui massa de 1500 Kg e velocidade de 
80 Km/h. Se ele batesse de frente com o carro vermelho, qual seria a energia 
cinética total do acidente? 
 
Ex 2: Uma pessoa, situada no alto de um edifício cuja altura é 
800 cm, deixa cair uma bolinha de massa m = 10 Kg. (Considere 
g = 9,8 m/s²). 
a) Qual é a Ep gravitacional da bolinha, no alto do edifício? 
b) Qual é a Ep gravitacional da bolinha ao passar por um 
ponto B, a uma altura hB = 2 m acima do solo? 
 
 
Ex 3: Um lustre, de massa m = 2 Kg, desprende-se do teto caindo 
sobre o chão da sala, de uma altura hA = 3000 cm. 
a) Qual era a Ep gravitacional do lustre, em relação ao chão, 
quando ele estava na posição A? (Considere g = 10 m/s²). 
 
b) Agora ao cair, o lustre passa pelo ponto B, situado a uma 
altura hB = 2 m do chão (veja a figura). Qual é a Ep gravitacional 
do lustre ao passar pelo ponto B? 
Ex 4: Uma mola é deslocada 10cm da sua posição de 
equilíbrio; sendo a constante elástica desta mola 
equivalente à 50N/m, determine a energia potencial 
elástica associada a esta mola em razão desta deformação. 
Transferência de energia 
Sistemas físicos 
Um sistema físico é uma porção do universo que 
escolhemos para analisar e estudar. 
O que é um sistema físico? 
Sistema 
Fronteira 
Exterior 
Sistema 
Fonte, receptor e transferência de 
energia 
O sistema em estudo é a água a ser 
aquecida: 
 - Fonte de energia – álcool em combustão 
 - Receptor de energia - água 
 As fontes de energia fornecem energia 
aos receptores de energia. 
Fonte, receptor e transferência de 
energia 
Sempre que a energia passa de um sistema para outro 
diz-se que ocorre uma transferência de energia: 
Fonte Receptor 
Aqui a energia passou do álcool em combustão para 
a água. 
- Fonte de energia – 
- Receptor de energia – 
pilha 
lâmpada 
Fonte, receptor e transferência de 
energia 
Unidade SI de energia 
A energia que é cedida ou recebida em cada unidade 
de tempo chama-se potência: 
Energia
Potência
Tempo

Potência 
 
 
 
 
Energia 
 
 
 
 
E
P
t

E P t 
Unidade SI de energia 
A unidade SI de energia chama-se 
Joule, símbolo J, em homenagem ao 
físico inglês James Prescott Joule. 
A unidade SI de potência chama-se 
Watt, símbolo W, em homenagem 
ao inventor James Watt. 
Unidade SI de energia 
No sistema internacional de unidades: 
E P t 
J W s 
1 1 1J W s 
Outras unidades de energia 
Quando queremos falar de energia eléctrica utilizamos 
a unidade quilowatt-hora, kWh. 
E P t 
kWh kW h 
A quantos joules corresponde 1 quilowatt-hora? 
1 kWh = 1 kW x 1 h 
1 kWh = 1000 W x 3600 s 
1 kWh = 3 600 000 J 
Outras unidades de energia 
Quando queremos falar em valores energéticos de 
alimentos utilizamos a caloria. 
A caloria relaciona-se com o Joule da seguinte forma: 
1 cal = 4,18 J 
1 kcal = 4 180 J 
1 kcal = 4,18 kJ 
Sobremesa Quantidade Caloria 
 Gelado 2 bolas 199 cal 
Gelatina dose individual 97 cal 
Leite Creme dose individual 140 cal 
Mousse Chocolate dose individual 193 cal 
Pudim Flan dose individual 142 cal 
Salada de Frutas dose individual 98 cal 
Tarte de Maçã fatia média 112 cal 
1. Um secador de cabelo de potência 
1200W funciona durante 20 s. 
Calculaa energia recebida pelo 
secador. 
Exercícios: 
2. Se a energia recebida pelo secador for de 30 kJ, 
durante quanto tempo esteve a funcionar o secador? 
Exemplo 1: 
Energia armazenada 
no motor 
Energia dissipada no 
aquecimento das 
peças do motor, 
atrito, etc. 
Energia utilizada para 
o movimento 
Será que alguma energia se perde ao ser 
transferida de um sistema para outro? 
Energia utilizada 
para aquecer o 
ambiente 
Energia dissipada 
sob a forma de luz 
Energia dissipada 
pela chaminé 
Energia 
armazenada 
na lenha 
Será que alguma energia se perde ao ser 
transferida de um sistema para outro? 
Exemplo 2: 
Num diagrama de energia devemos representar a: 
 Energia útil que é a energia que durante a transferência 
é realmente utilizada. 
 
 Energia dissipada que é a energia que durante a 
transferência é “perdida”. 
Energia 
fornecida 
Energia dissipada 
Energia útil 
Sistema 
Será que alguma energia se perde ao ser 
transferida de um sistema para outro? 
Exercício 
Completa o diagrama de energia para uma lâmpada de incandescência 
em funcionamento: 
Se fornecermos ao sistema 50 J de energia e se a lâmpada tiver uma 
perda de 15 J, qual será o valor da energia útil? 
Energia dissipada sob 
a forma de calor 
Energia 
radiante 
Energia 
elétrica 
Princípio da Conservação da Energia 
Podemos concluir que numa transferência de energia: 
fornecida útil dissipadaE E E 
Esta expressão traduz o Princípio da Conservação de 
Energia: 
“a quantidade de energia que temos no final de um 
processo é sempre igual à quantidade de energia que 
temos no início desse mesmo processo”. 
 
Ou seja, a energia não se cria nem se destrói; apenas 
se transfere. A energia total do Universo é sempre 
constante. 
 
Sistema Conservativo 
Um sistema é conservativo quando não há dissipação de 
energia mecânica, ou seja, transformação em outro tipo de 
energia como térmica, sonora, luminosa, etc. 
 
No sistema conservativo, a energia mecânica em cada 
ponto é constante. 
150 250
400
400
E E
E E E
 
    
A
B
MEC C
MEC C P
J
J
Pode-se afirma que: 
E E
A BMEC MEC
Conclusões 
 
 A energia, que é só uma, pode ser qualificada de acordo com os 
efeitos que produz, com os fenómenos a que está associada ou de 
acordo com a fonte de onde provém. 
 
 Na Natureza há apenas duas formas de energia: 
 Energia cinética – que está associada ao movimento 
 Energia potencial – que esta armazenada em condições de poder 
vir a ser utilizada. 
 
 A energia pode transferir-se de fontes para receptores. 
 Um sistema físico é uma porção do universo que escolhemos para 
analisar ou estudar. 
 
Conclusões 
 Qualquer fonte ou receptor de energia pode ser considerado um 
sistema físico. 
 Chama-se potência à energia transferida por unidade de tempo. 
 Energia e potência são grandezas físicas que se relacionam 
através de: 
 
 
 
 A unidade SI de energia é o Joule, J, e a de potência é o 
Watt, W. 
 O quilowatt-hora, kWh, e a caloria, cal, são unidades práticas 
de energia. 
E P t 
Energia Potência Tempo 
Conclusões 
fornecida útil dissipadaE E E 
 Quando ocorre uma transferência de energia, nem toda a energia 
recebida é aproveitada para o que pretendemos: alguma energia 
degrada-se. 
 
 
 
 Princípio da conservação de energia: sempre que ocorre uma 
transferência de energia, a quantidade de energia total do Universo 
não se altera: é a mesma antes e depois da transferência. 
 
Transformações da Energia Mecânica 
Como já vimos anteriormente, toda energia se 
transforma em alguma outra forma de energia. 
O importante é verificar se a ou não energia dissipada 
em alguma forma. 
Se não houver nenhum tipo de atrito ou “perda 
energética” a Energia Mecânica Inicial deve ser a mesma 
Energia Mecânica Final. 
 
EMI = EMF 
Ex1: Uma criança de massa m parte do repouso no alto de 
um toboágua, a uma altura h = 8,5 m acima da base do 
brinquedo. Supondo que a presença da água torna o 
atrito desprezível, encontre a velocidade da criança ao 
chegar à base do toboágua. 
 
Ex2: Uma esfera de massa 5 kg é abandonada de uma 
altura de 45m num local onde g = 10 m/s2. Calcular a 
velocidade do corpo ao atingir o solo. Despreze os efeitos 
do ar. 
Ex3: Um corpo de 2 kg é empurrado contra uma mola de 
constante elástica 500 N/m, comprimindo-a 20 cm. Ele é 
libertado e a mola o projeta ao longo de uma superfície lisa e 
horizontal que termina numa rampa inclinada conforme 
indica a figura. Dado g = 10 m/s2 e desprezando todas as 
formas de atrito, calcular a altura máxima atingida pelo 
corpo na rampa. 
 
Ex4: Um esquiador de massa 60 kg desliza de uma 
encosta, partindo do repouso, de uma altura de 50 m. 
Sabendo que sua velocidade ao chegar no fim da encosta 
é de 20 m/s, calcule a perda de energia mecânica devido 
ao atrito. Adote g = 10 m/s2.