Energia Potencial e Conservação de Energia na Engenharia

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Bases Físicas para Engenharia
Prof. Ricardo P. Barbosa
Aula 5
Energia Potencial e Conservação de Energia
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Aula 5: Conteúdo programático
	Compreender o conceito de Energia Potencial
	Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial gravitacional
	Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial elástica (mola)
	Compreender o conceito de Energia Mecânica
	Compreender e aplicar o Princípio da Conservação da Energia Mecânica
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Energia Potencial
Na Mecânica se apresenta de duas formas:
- Energia Potencial Gravitacional
- Energia Potencial Elástica
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Energia Potencial Gravitacional
É a energia que um corpo possui associada à sua posição em relação a um campo gravitacional onde se encontra e da altura de seu centro de massa em relação a um nível de referência (plano horizontal de referência). 
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A energia potencial gravitacional associada ao corpo de massa m em relação a um nível de referência é igual ao trabalho que o peso desse corpo realiza. 
Realizar trabalho significa “converter energia”. 
Quando uma força realiza trabalho ela está convertendo uma forma de energia em outra. 
Energia Potencial Gravitacional
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Energia Potencial Elástica
Energia armazenada em sistemas elásticos deformados.
A mola ao sofrer a deformação x, tem armazenada em si energia potencial elástica. A deformação sofrida pela mola sugere o exercício sobre ela de uma força que realiza um trabalho sob a forma de energia potencial elástica.
Energia Mecânica
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Energia mecânica é a soma da energia potencial com a energia cinética.
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Sistema Mecânico Conservativo
É todo aquele em que as forças que realizam trabalho, forças conservativas, transformam exclusivamente energia potencial em energia cinética e vice-versa.
Há outras forças cujo trabalho transforma energia mecânica em outras formas de energia, principalmente térmica. Essas forças são chamadas de forças dissipativas.
Princípio da Conservação da Energia Mecânica
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Em um sistema mecânico conservativo, a energia mecânica total é sempre constante.
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Prof. Ricardo P. Barbosa
Atividades
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1) O bate-estacas é um dispositivo muito utilizado na fase inicial de uma construção. Ele é responsável pela colocação das estacas, na maioria das vezes de concreto, que fazem parte da fundação de um prédio, por exemplo. O funcionamento dele é relativamente simples: um motor suspende, através de um cabo de aço, um enorme peso (martelo), que é abandonado de uma altura, por exemplo, de 10 m, e que acaba atingindo a estaca de concreto que se encontra logo abaixo. O processo de suspensão e abandono do peso sobre a estaca continua até a estaca estar na posição desejada.
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É CORRETO afirmar que o funcionamento do bate-estacas é baseado no princípio de: 
a) transformação da energia mecânica do martelo em energia térmica da estaca. 
b) conservação da quantidade de movimento do martelo. 
c) transformação da energia potencial gravitacional em trabalho para empurrar a estaca. 
d) colisões do tipo elástico entre o martelo e a estaca. 
e) transformação da energia elétrica do motor em energia potencial elástica do martelo. 
 
Resolução
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Gabarito: C
A energia potencial gravitacional associada ao corpo de massa m em relação a um nível de referência é igual ao trabalho que o peso desse corpo realiza. 
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2) Em uma mola M atua uma força elástica do tipo F = k.x, onde k = 150,0 N/m e x é a deformação que ela provoca. O comprimento da mola passa então de 2,500 cm para 2,000 cm. Por efeito desta deformação, é possível afirmar que o aumento de energia potencial acumulada na mola é de:
a) 1,875 x 10-3 J
b) 2,576 x 10-4 J
c) 1,476 x 10-6 J
d) 2,109 x 10-2 J 
e) 1,177 x 10-5 J
Resolução
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Gabarito: A
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3) O salto com vara é, sem dúvida, uma das disciplinas mais exigentes do atletismo. Em um único salto, o atleta executa cerca de 23 movimentos em menos de 2 segundos. 
A figura a seguir representa um atleta durante um salto com vara, em três instantes distintos.
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Assinale a opção que melhor identifica os tipos de energia envolvidos em cada uma das situações: corrida, elevação e ultrapassagem da barra usada para demarcar a altura a transpor no salto, respectivamente:
 
a) - cinética - cinética e gravitacional - cinética e gravitacional 
b) - cinética e elástica - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional 
c) - cinética - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional 
d) - cinética e elástica - cinética e elástica - gravitacional 
e) - cinética e elástica - cinética e gravitacional – gravitacional
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Resolução
cinética - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional 
Gabarito: C
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4) Um corpo movimenta-se sob a ação exclusiva de forças conservativas. Em duas posições, A e B, de sua trajetória, foram determinados alguns valores de energia. Esses valores se encontram na tabela:
Os valores da energia cinética em A e das energias potencial e mecânica em B são, respectivamente:
a) 0 J, 800 J e 1000 J b) 200 J, 400 J e 1000 J
c) 100 J, 200 J e 800 J d) 200 J, 1000 J e 400 J
e) Não há dados suficientes para os cálculos
		/////////////////////////////////////
		Energia Cinética (J)
		Energia Potencial (J)
		Energia Mecânica (J)
		Posição A
		
		800
		1000
		Posição B
		600
		
		
Resolução
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Gabarito: B
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5) Um automóvel, em movimento uniforme, anda por uma estrada plana, quando começa a descer uma ladeira, na qual o motorista faz com que o carro se mantenha sempre com velocidade escalar constante. 
Durante a descida, o que ocorre com as energias potencial, cinética e mecânica do carro? 
 
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a) A energia mecânica mantém-se constante, já que a velocidade escalar não varia e, portanto, a energia cinética é constante. 
b) A energia cinética aumenta, pois, a energia potencial gravitacional diminui e quando uma se reduz, a outra cresce. 
c) A energia potencial gravitacional mantém-se constante, já que há apenas forças conservativas agindo sobre o carro. 
d) A energia mecânica diminui, pois, a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui. 
e) A energia cinética mantém-se constante, já que não há trabalho realizado sobre o carro.
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Gabarito: D
Resolução
A energia mecânica diminui, pois, a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui. 
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6) “A idade da pedra chegou ao fim, não porque faltassem pedras; a era do petróleo chegará igualmente ao fim, mas não por falta de petróleo...”
Xeque Yamani, Ex-ministro do Petróleo da Arábia Saudita. O Estado de S. Paulo, 20/08/2001.
Considerando as características que envolvem a utilização das matérias-primas citadas no texto em diferentes contextos histórico-geográficos, é correto afirmar que, de acordo com o autor, a exemplo do que aconteceu na Idade da Pedra, o fim da era do Petróleo estaria relacionado:
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a) à redução e esgotamento das reservas de petróleo
b) ao desenvolvimento tecnológico e à utilização de novas fontes de energia
c) ao desenvolvimento dos transportes e consequente aumento do consumo de energia
d) ao excesso de produção e consequente desvalorização do barril de petróleo
e) à diminuição das ações humanas sobre o meio ambiente
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Resolução
Ao desenvolvimento tecnológico e à utilização de novas fontes de energia
Gabarito: B
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Resumo da aula 5
	Compreender o conceito de Energia Potencial
	Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial gravitacional
	Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial elástica (mola)
	Compreender o conceito de Energia Mecânica
	Compreender e aplicar o Princípio da Conservação da Energia Mecânica
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/////////////////////////////////////Energia Cinética (J) Energia Potencial (J) Energia Mecânica (J) 
Posição A 800 1000 
Posição B 600 
 
///////////////////////////////////// Energia Cinética (J) Energia Potencial (J) Energia Mecânica (J) 
Posição A 800 1000 
Posição B 600