AS DIFERENTES FORMAS DE ENERGIA

Ao longo dessa nossa discussão, você pôde perceber que várias “formas” diferentes de energia foram mencionadas: energia química, cinética, potencial, elétrica. Além disso, vimos que a execução de um trabalho em geral envolve a transformação de uma forma de energia em outra, e que essa transformação se passa com conservação de energia. Mas, afinal, quantas formas diferentes de energia existem? É sempre possível transformar integralmente uma forma de energia em outra?

Essas são perguntas extremamente importantes e que serão estudadas mais detalhadamente ao longo do curso. No momento, para que possamos alcançar, mais rapidamente, o objetivo de mostrar como uma reação química pode fornecer energia (e quanto), faremos somente uma breve análise.

AULA

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As diferentes formas de energia que um objeto possui (uma tele- visão, uma bola de futebol, nosso corpo etc.) podem ser classificadas em dois tipos fundamentais: cinética e potencial. A energia cinética está associada ao movimento do objeto, enquanto a energia potencial depende de sua posição. Por sua vez, a energia potencial pode se apresentar de diversas formas: gravitacional, elétrica, magnética etc. Mais tarde, quando falarmos de campos elétricos e magnéticos, você entenderá por que as energias elétrica e magnética são consideradas formas de energia potencial.

Geralmente, quando usamos a expressão energia potencial, estamos nos referindo à gravitacional, embora esta seja apenas uma modalidade de energia potencial. Nos exemplos da seção anterior, estávamos realmente falando de energia potencial gravitacional, tanto no caso da televisão quanto no caso da queda-d’água. É claro que uma queda-d’água não é “um objeto”, mas se considerarmos um dado volume de água, com massa m, inicialmente no topo da comporta e, após a queda, ao pé da comporta, podemos dizer que aquela massa de água teve variação de energia potencial.

Como vimos em Química I, a energia cinética de um objeto de

massa m, movimentando-se com velocidade v, é dada por:

E_c = 1/2 (mv2₎

Por outro lado, a energia potencial gravitacional de um objeto de massa m, a uma altura h, é dada por:

E_p = m.g.h = P . h ,

que é exatamente igual ao trabalho necessário para deslocá-lo

verticalmente de uma altura h. Mas espere! De uma altura h medida a

3. Embora essa discussão sobre a variação de energia cinética e potencial do avião esteja qualitativamente correta, mesmo que o piloto mantenha a velocidade e altura constantes, as energias cinética e potencial variarão durante toda a viagem. Por quê?

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RESPOSTA COMENTADA

Porque o combustível (que é parte da massa do avião) está sendo consumido continuamente durante o vôo. Dessa forma, tanto a energia cinética quanto a potencial gravitacional variarão durante toda a viagem.

ATIVIDADE

Para calcularmos a energia potencial, precisamos de um ponto de referência no qual,

por definição, a energia potencial é nula. Para cada tipo de energia potencial existe um ponto de referência (zero de energia) mais adequado. No caso da energia potencial gravitacional, esse ponto é a superfície da Terra. Afinal, do chão ninguém passa, não é mesmo? Então, um objeto qualquer colocado na superfície da terra tem energia potencial gravitacional nula,

por definição.

É evidente que esse ponto de referência pode ser alterado conforme a necessidade. Se você cavar um buraco na superfície da Terra, um objeto qualquer colocado no topo do buraco terá uma energia potencial não nula em relação ao seu fundo, tomado como referência.

!

Um objeto pode ter mais de uma forma de energia, e a quantidade de cada uma delas pode ser modificada de maneira independente ou não. Por exemplo, um avião voando possui energia cinética e potencial (gravitacional). Se o piloto acelerar o avião, mas o mantiver à mesma altura do solo, a energia cinética aumentará, mas a potencial continuará a mesma. Por outro lado, se o piloto variar a altura do avião mantendo sua velocidade constante, a energia potencial variará, mas a cinética permanecerá constante.

AULA

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Vejamos agora um outro exemplo em que as energias cinética e potencial de um objeto não podem variar independentemente. Pegue uma bola de futebol, de massa m e peso mg, e chute-a para cima. Ao receber sua energia (chute), a bola adquire energia cinética (1/2 mv²) e começa a subir. Porém, à medida que se afasta do solo, ela começa a ter também uma certa energia potencial (mgh). Mas veja que, após o chute inicial, nenhuma outra energia foi fornecida à bola. Portanto, o aparecimento de energia potencial só pode se dar às custas da diminuição da outra forma de energia que a bola possui, ou seja, da sua energia cinética.

Mas a energia cinética só pode diminuir se a velocidade da bola diminuir, já que sua massa é constante. E quanto mais sobe a bola, mais energia potencial ela adquire e, conseqüentemente, menos energia cinética ela terá. Isso está de acordo com o que você observa?

É claro que, tanto na subida quanto na descida, a bola encontra no seu caminho moléculas de ar, que têm de ser deslocadas para que a bola ocupe aquele espaço. Para deslocá-las, a bola cede parte de sua energia para as moléculas de ar que encontra em seu caminho. Entretanto, esta quantidade de energia é tão pequena, quando comparada com as energias cinética e potencial da bola, que podemos desprezá-la. De uma maneira mais simplificada, dizemos que a bola perde parte de sua energia por

atrito com o ar.

4. Se E₀ é a energia inicialmente transferida à bola, qual a altura máxima que ela atinge ao ser chutada? Com que velocidade ela atinge o chão na volta? Lembre-se de que a energia total tem que ser conservada! Despreze o atrito com o ar.

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Se desprezarmos o atrito ou “arraste” causado pelo ar, vemos que a energia total (E_T) tem de ser constante. Na verdade ela é a soma da energia cinética (E_c = ½ mv2_{) mais a energia potencial}

(E = mgh). Ao nos prepararmos para chutar a bola, ela está parada