1.1. Energia e movimentos

• Energia


  Todos os sistemas possuem energia
• Tipos fundamentais de energia

  • Energia cinética
  • Energia potencial
• Energia cinética (Ec)


  Energia associada ao estado de movimento de um corpo ou partícula
• Maior velocidade


  Maior energia cinética
• Maior massa


  Maior energia cinética
• Energia potencial (Ep)


  Energia associada à interação entre os corpos (partículas) que constituem o sistema e que interagem por ação de forças
• Tipos de energia potencial

  • Energia potencial gravítica
  • Energia potencial elástica
  • Energia potencial elétrica
• Energia interna (Ei)


  Quantidade de energia que um sistema possui a nível microscópico, resultante da energia cinética interna e energia potencial interna das partículas que constituem o sistema
• Maior temperatura


  Maior agitação das partículas, maior energia cinética interna
• Maior quantidade de partículas

  Maior interação entre as partículas, maior energia potencial interna
• Sistema mecânico


  Sistema físico em estudo quando se pretende apenas estudar o movimento, não tendo em contas as variações da energia interna
• Energia mecânica (Em)


  Energia total do sistema, dependente da energia cinética (Ec) e da energia potencial (Ep)
• Modelo do centro de massa (partícula material)


  • Permite estudar o movimento de um sistema mecânico quando as variações da energia interna são desprezáveis e o sistema é um sólido indeformável apenas com movimento de translação

  
• Trabalho de uma força (W)


  Grandeza que mede a energia transferida por ação de forças
• Não há transferência de energia sob a forma de trabalho quando a força aplicada é perpendicular ao deslocamento

  
• Força eficaz (Fef)


  Componente da força na direção do deslocamento
• O trabalho de uma força é igual ao trabalho da sua componente eficaz
• Força gravítica ou peso (P⃗)


  Força exercida pela Terra sobre todos os corpos em seu redor
• O trabalho do peso é sempre potente quando o corpo desce (W⃗P = mg h) e sempre resistente quando o corpo sobe (W⃗P = -mg h)
• Inclinação de 6%


  Significa que, para subirmos (ou descermos) 6 m em altura, teremos de percorrer 100 m sobre a estrada

  
• Teorema da energia cinética (ou Lei do Trabalho-Energia)


  O trabalho realizado pela resultante das forças que atuam, durante um certo intervalo de tempo, num sistema, é igual à variação da energia cinética da partícula, nesse intervalo de tempo
• WFr⃗ > 0


  ΔEc > 0, Ecf > Eci - O sistema recebe energia, a velocidade aumenta
• WFr⃗ < 0


  ΔEc < 0, Ecf < Eci - O sistema cede energia, a velocidade diminui
• Estas expressões são válidas quer o corpo se mova verticalmente ou sobre uma rampa

  
• Teorema da Energia Cinética (ou Lei do Trabalho-Energia)

  1. Trabalho realizado pela resultante das forças que atuam = Variação da energia cinética da partícula

  2. 𝑊��𝑟

  ⃗⃗⃗⃗⃗ = 1

  2 𝑚 𝑣𝑓

  2 − 1

  2 𝑚 ��𝑖

  2
• 𝑊��𝑟

  ⃗⃗⃗⃗⃗ > 0


  ∆𝐸𝐶 > 0 => 𝐸𝐶𝑓 > 𝐸𝐶𝑖 (O sistema recebe energia => a velocidade aumenta)
• 𝑊��𝑟

  ⃗⃗⃗⃗⃗ < 0


  ∆𝐸𝐶 < 0 => ��𝐶𝑓 < 𝐸𝐶𝑖 (O sistema cede energia => a velocidade diminui)
• 𝑊𝐹𝑟

  ⃗⃗⃗⃗⃗ = 0


  ∆𝐸𝐶 = 0 => 𝐸𝐶𝑓 = 𝐸𝐶𝑖 (A energia do sistema não varia => a velocidade mantém-se constante)
• Força conservativa


  O trabalho realizado por este tipo de força numa partícula que se move entre duas posições é independente da trajetória efetuada entre essas posições e nula quando a partícula se move numa qualquer trajetória fechada, voltando à posição inicial

  
• Força não conservativa


  O trabalho realizado por este tipo de força depende da trajetória efetuada pela partícula onde está a ser aplicada a força

  
• Movimento ascendente: hf > hi


  Epg aumenta => ∆Epg > 0 => 𝑊𝑃⃗⃗ < 0
• Movimento descendente: hf < hi

  Epg diminui => ∆Epg < 0 => 𝑊𝑃⃗⃗ > 0
• Se num sistema só atuarem forças conservativas ou se atuarem forças não conservativas cujo trabalho seja nulo: 𝐸𝑚 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 <=> 𝐸𝑐 + 𝐸𝑝𝑔 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
• 𝑊𝐹⃗𝑛ã𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 < 0𝐽


  ∆𝐸𝑚 < 0 => 𝐸𝑚 𝑑𝑖𝑚𝑖𝑛𝑢𝑖
• 𝑊𝐹⃗𝑛ã𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠��𝑟𝑣��𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 > 0𝐽


  ∆𝐸𝑚 > 0 => 𝐸𝑚 𝑎��𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎
• Dissipação de energia


  Quando a energia mecânica diminui devido à atuação de forças não conservativas
• Quanto maior for o trabalho das forças dissipativas, em módulo, maior será a diminuição da energia mecânica e, consequentemente, maior será a energia dissipada
• A existência de forças dissipativas nem sempre é prejudicial. Por exemplo, na prática de paraquedismo, a resistência do ar (𝑹⃗⃗⃗𝒂𝒓) tem sempre sentido oposto ao movimento, realiza um trabalho negativo, e provoca a diminuição da energia mecânica
• Num sistema mecânico real, < 100%, porque há sempre dissipação de energia
• Quanto maior for o rendimento de um sistema, maior é a quantidade de energia útil que ele produz e, consequentemente menor será a energia dissipada → processo mais eficiente