GOVERNO DO ESTADO DO PARÁ SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO
A.O.S. DIOCESE DE ABAETETUBA E.E.E.F.M SÃO FRANCISCO XAVIER
COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA ANO/SÉRIE: 1ª SÉRIE PROFESSOR(A): EDINALDO FERREIRA DA SILVA
ALUNO (A): TURMA:
Compêndio II - 3° Bimestre 2021
ENERGIA
1–INTRODUÇÃO
Definir energia é muito difícil, costumamos, em física, defini-la como a capacidade de realizar um trabalho.
A energia se manifesta de diversas formas, como por exemplo a energia elétrica, energia nuclear, energia solar e outras formas. A partir de agora iremos discutir este tema de suma importância para a compreensão melhor de nosso dia a dia.
Passaremos a estudar e classificar a energia em três tipos: cinética, potencial e mecânica.
2–ENERGIACINÉTICA(EC)
A energia cinética não depende exclusivamente da velocidade de um corpo mas também de sua massa.
Matematicamente:
2 v . E m
2 C
=
UNIDADE NO SI:
EC → Energia Cinética => joule (J) m → Massa => quilograma (kg) v → Velocidade => metro por segundo (m/s) O conceito de energia cinética está ligado com o
movimento de um ou mais corpos.
Portanto só temos energia cinética se existir velocidade. Se um corpo estiver em repouso sua energia cinética será nula.
3–TEOREMADAENERGIACINÉTICA
A ideia física do Teorema da Energia Cinética é extremamente importante para a compreensão do conceito de Trabalho em física.
Supondo uma força F constante, aplicada sobre um corpo de massa m com velocidade vA, no início do deslocamento d e velocidade vB no final desse mesmo deslocamento.
Partindo da equação de Torricelli: v2 =vo2 +2 .a .s
Substituindo os valores conhecidos: v2B =v2A +2 .a .d
Isolando a aceleração temos:
d . 2
v a v
2 A 2 B
−
=
Substituindo a expressão obtida acima na equação do Princípio Fundamental
a . m FR = :
( )
d . 2
v . v
m F
2 A 2 B R
= −
Rearranjando os termos:
2 v . m 2
v . d m . F
2 A 2
B
R
= −
Repare que o 1o termo é o trabalho da força resultante; o 2o e 3o termos são a energia cinética inicial e final do móvel.
Շ= Ecf - Eci
TEOREMA DA ENERGIA CINÉTICA
O Trabalho realizado pela força resultante que atua sobre o corpo é igual a variação da energia cinética sofrida por este corpo.
Demonstração
4–ENERGIAPOTENCIAL
Existe uma forma de energia que está associada a posição, ou melhor, uma energia que fica armazenada, pronta para se manifestar quando exigida, esta forma de energia recebe o nome de Potencial.
Quando discutimos o conceito de trabalho, falamos sobre dois casos especiais: o trabalho do peso e da força elástica. Esses trabalhos independem da trajetória e conduzem ao conceito de uma nova forma de energia – Energia Potencial.
4.1 – Energia Potencial Gravitacional(EPG)
Devido ao campo gravitacional um corpo nas proximidades da superfície terrestre tende a cair em direção ao centro da Terra, este movimento é possível devido a energia guardada que ele possuía.
Esta energia é chamada Potencial Gravitacional.
Como calcular:
h . g . m EPG = UNIDADE NO SI:
EPG → Energia Potencial Gravitacional => Joule (J) m → massa => quilograma (kg)
g → aceleração da gravidade local => metro por segundo ao quadrado (m/s2)
h → altura => metro (m)
4.2 – Energia Potencial Elástica(EPE)
Ao esticarmos ou comprimirmos uma mola ou um elástico, sabemos que quando soltarmos esta mola ela tenderá a retornar a sua posição natural (original).
Essa tendência de retornar a posição natural é devido a algo que fica armazenado na mola a medida que ela é esticada ou comprimida. Este algo é a energia potencial elástica.
Como calcular:
2 x . E k
2 Pel =
UNIDADE NO SI:
EPel → Energia Potencial Elástica => Joule (J) k → constante elástica => Newton por metro (N/m)
x → deformação da mola => metro (m)
5–PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
Existem determinadas situações em que podemos perceber a energia potencial sendo transformada em energia cinética e vice-versa.
Vejamos por exemplo a movimentação de um pêndulo simples:
O pêndulo é colocado a oscilar a partir do ponto A, ou seja, no ponto A ele está em repouso.
Desprezando qualquer forma de atrito, o pêndulo passa pelo ponto B e atinge o ponto C que está na mesma altura do ponto A.
Como a velocidade no ponto A é zero, podemos afirmar que sua energia cinética também é igual a zero. Já sua altura (no movimento considerado) é máxima, portanto, sua energia potencial é máxima.
A partir do momento que ele passa a se movimentar sua energia cinética começa a
aumentar e sua energia potencial começa a diminuir (altura diminui).
Quando o corpo atinge o ponto B sua altura é praticamente nula, portanto, sua energia potencial é nula, por um outro ao atingir o ponto B o pêndulo possui velocidade máxima (já que terminou a descida), logo a sua energia cinética é máxima.
O Ponto C possui características iguais ao ponto A. O importante aqui é ressaltar que em todo o movimento do pêndulo houve variações nos dois tipos de energia, mas a medida que uma aumentava a outra diminuía na mesma proporção, de tal forma que a soma da energia cinética com a energia potencial em todo o percurso é constante.
A soma da energia cinética com a energia potencial é chamada de Energia Mecânica.
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
Num sistema conservativo (sistemas em que não existam forças dissipativas, como atrito, resistência do ar, etc.) a energia mecânica será sempre a mesma em qualquer instante.
Matematicamente:
B
A M
M E
E =
B B
A
A P C P
C E E E
E + = +
GOVERNO DO ESTADO DO PARÁ SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO
A.O.S. DIOCESE DE ABAETETUBA E.E.E.F.M SÃO FRANCISCO XAVIER
COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA ANO/SÉRIE:
1ª SÉRIE
PROFESSOR(A): EDINALDO FERREIRA DA SILVA
ALUNO (A): TURMA:
Compêndio II - 3° Bimestre 2021
ATIVIDADE
1) Assinale a alternativa que represente corretamente a energia cinética de um veículo de 1000 kg de massa que se move a uma velocidade constante de 3 m/s.
a) 450 J b) 9000 J c) 4500 J d) 900 J e) 300
2) Sabe-se que a energia cinética de um corpo é de 2000 J e que a sua massa é de 10 kg. Determine a velocidade com que esse corpo se move e assinale a alternativa correta.
a) 20 m/s b) 40 m/s c) 200 m/s d) 3 m/s e) 10 m/s
3) Sobre um objeto de 10 kg em repouso, é realizado um trabalho de 320 J. Determine o módulo da velocidade final desse objeto após a aplicação dessa força e assinale a alternativa correspondente.
a) 10 m/s b) 2 m/s c) 4 m/s d) 8 m/s e) 15 m/s
4) Considerando um ponto material de massa 6 kg, inicialmente em repouso sobre um plano horizontal liso. No instante t = 0 passa a agir sobre o ponto material uma força 12 N, durante 10 s
a) qual o trabalho realizado por F?
b) qual a energia cinética do ponto material no instante 10 s?
5) Qual o trabalho que deverá ser realizado sobre um corpo de massa igual a 6 kg, para que sua velocidade passe de 4 m/s para 20 m/s?
6) Calcule o módulo da energia potencial gravitacional de um corpo de massa igual a 4,0 kg que se encontra em uma altura de 50 cm em relação ao solo. Adote g = 10 m/s².
7) Uma mola de constante elástica igual a 100 N/m é esticada em 10 cm. Calcule o módulo da energia potencial elástica armazenada por essa mola.
8) Uma mola de constante elástica igual a 100 N/m encontra-se deformada, de forma que sua energia potencial elástica tem módulo igual a 320 J. Calcule o valor da deformação apresentada por essa mola em centímetros.
9) O conceito de energia foi de suma importância para o desenvolvimento da ciência, em particular da física. Sendo assim, podemos dizer que o princípio da conservação da energia mecânica diz que:
a) nada se perde, nada se cria, tudo se transforma b) que a energia pode ser gastada e perdida
c) a energia total de um sistema isolado é constante
d) que a energia jamais pode ser transferida de um corpo a outro
e) a energia cinética de um corpo está relacionada com a força da gravidade
10) Imagine que você deixa cair (abandonado) um objeto de massa m e de altura de 51,2 metros.
Determine a velocidade desse objeto ao tocar o solo.
a) v = 50 m/s b) v = 40 m/s c) v = 32 m/s d) v = 20 m/s e) v = 10 m/s
11) Determine o valor da velocidade de um objeto de 0,5 kg que cai, a partir do repouso, de uma altura igual a 5 metros do solo.
a) VB = 30 m/s b) VB = 10 m/s c) VB = 20 m/s d) VB = 0,5 m/s e) VB = 0
12) Arlindo é um trabalhador dedicado. Passa grande parte do tempo de seu dia subindo e descendo escadas, pois trabalha fazendo manutenção em edifícios, muitas vezes no alto. Considere que, ao realizar um de seus serviços, ele tenha subido uma escada com
velocidade escalar constante. Nesse movimento, pode-se afirmar que, em relação ao nível horizontal do solo, o centro de massa do corpo de Arlindo
a) perdeu energia cinética.
b) ganhou energia cinética.
c) perdeu energia potencial gravitacional.
d) ganhou energia potencial gravitacional.
e) perdeu energia mecânica.
13) Sobre a energia mecânica e a conservação de energia, assinale o que for correto.
(01) Denomina-se energia cinética a energia que um corpo possui, por este estar em movimento.
(02) Pode-se denominar de energia potencial gravitacional a energia que um corpo possui por se situar a uma certa altura acima da superfície terrestre.
(04) A energia mecânica total de um corpo é conservada, mesmo com a ocorrência de atrito.
(08) A energia total do universo é sempre constante, podendo ser transformada de uma forma para outra; entretanto, não pode ser criada e nem destruída.
(16) Quando um corpo possui energia cinética, ele é capaz de realizar trabalho.
14) Uma mola de constante elástica k = 400 N/m é comprimida de 5 cm. Determine a sua energia potencial elástica.
15) 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 2,0m 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 = 10m/s2. A máxima compressão da mola vale, em metros:
a) 0,80 b) 0,40 c) 0,20 d) 0,10 e) 0,05
16) Suponha que um automóvel desça uma rampa em ponto morto e sem freio. Representado por EP e EC a energia potencial gravitacional e a energia cinética do automóvel, respectivamente, podemos afirmar que, no decorrer da descida e sem esquecer os atritos:
(A) EP + EC = constante (B) EP diminui e EC aumenta (C) EP aumenta e EC diminui (D) EP e EC aumentam
(E) EP constante e EC diminui
Respostas:
1) C 2) A 3) D 4) a)1200J b)1200J 5) 1152J 6) 20J 7) 0,5J 8) 80cm 9) C 10) C 11) B 12) D
13) 01 + 02 + 08 + 16 = 27.
(01) Correta. Energia cinética é energia mecânica associada ao movimento.
(02) Correta. Energia potencial gravitacional é energia mecânica de posição, dependendo, portanto, da altura em relação ao plano horizontal de referência.
(04) Incorreta. A força de atrito pode atuar tanto como força dissipativa (transformando energia mecânica em térmica) ou como força incrementava (transferindo energia mecânica ao corpo).
(08) Correta. É o que afirma o princípio da conservação da energia.
(16) Correta. De acordo com o teorema da energia cinética, o trabalho da resultante é igual à variação da energia cinética.
OBS: nessa afirmativa há uma imprecisão, pois em Física o trabalho é realizado pela força que o corpo aplica e não pelo corpo.
14) 0,5 J 15) B 16) B
