Energia potencial é uma forma de energia que pode ser armazenada por um corpo e que depende da posição desse corpo. Toda energia potencial pode ser transformada em outras formas de energias potenciais ou em energia cinética por meio da aplicação de uma força sobre o corpo. Show
Resumo sobre energia potencial
O que é energia potencial?Energia potencial é uma forma de energia que pode ser armazenada nos corpos e que depende do tipo de interação e da posição que o corpo apresenta em relação à sua vizinhança. Na Física, existem basicamente duas formas de energia potencial mecânica: energia potencial gravitacional e energia potencial elástica. A energia potencial armazenada por qualquer objeto sujeito a forças conservativas é definida pela posição do objeto e independe do caminho tomado por ele. São chamadas de forças conservativas todas as forças capazes de armazenar energias que podem ser acessadas em momentos posteriores, como a força elástica ou a força gravitacional. Além disso, é necessário que as forças conservativas sejam capazes de transformar uma energia em outras formas de energia. Um exemplo de energia potencial é a energia potencial gravitacional, que independe da trajetória tomada pelo corpo. Para essa forma de energia, são consideradas somente as posições final e inicial do corpo. Mapa Mental: Energia Potencial* Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui! Trabalho e energia potencialQuando a energia potencial de um corpo sofre acréscimos ou decréscimos em seu módulo sob a ação exclusiva de forças conservativas, dizemos que essas forças realizaram trabalho sobre ele. O trabalho é o fenômeno físico responsável pela transformação de uma forma de energia em outra por meio da aplicação de uma força. No caso em que um corpo é abandonado de uma certa altura, a força peso realiza trabalho sobre ele, transformando sua energia potencial gravitacional em energia cinética, por exemplo. De maneira resumida, podemos dizer que a quantidade total de energia armazenada em um corpo representa a medida da sua capacidade de realizar trabalho. Veja também: O que determina o sentido da água que desce pelo ralo? Unidade de medida da energia potencialA unidade física utilizada para energia potencial no Sistema Internacional de Unidades é o joule (J): 1 joule equivale à quantidade de energia necessária para elevarmos a um metro (1,0 m) de altura um peso igual a 1 Newton (1,0 N). Observe a figura acima. Nela, temos dois corpos que estão prestes a cair de uma mesma altura. A mudança na energia potencial gravitacional que cada um deles sofrerá é exatamente a mesma, uma vez que a força peso, responsável pelo movimento de queda dos corpos, é uma força conservativa. Apesar de o corpo à esquerda percorrer um caminho maior, a diferença de altura dos corpos em relação ao solo é a mesma. Um exemplo de força não conservativa é a força de atrito. Se houvesse atrito na situação ilustrada na figura acima, ele não seria exatamente o mesmo para os dois casos, uma vez que a distância percorrida por um dos corpos é maior que a distância percorrida pelo outro. Logo, o atrito é uma força não conservativa e não é capaz de armazenar energia em forma de energia potencial. O que é energia potencial gravitacional?Energia potencial gravitacional é a energia relacionada à altura de um corpo em relação ao solo. Trata-se de uma grandeza escalar, definida unicamente pelo seu módulo, medido em joules (J). A energia potencial gravitacional é definida por meio da seguinte equação: Legenda: Como a energia potencial é escalar, ela pode ser definida em relação a qualquer referencial. Por exemplo: um corpo que se encontra na cobertura de um prédio tem uma grande energia potencial gravitacional em relação à rua, entretanto, sua energia potencial relativa àquela cobertura é nula. Veja também: Energia mecânica O que é energia potencial elástica?Energia potencial elástica é uma forma de energia relacionada à compressão ou elongação de um corpo que tende a voltar ao seu formato original, como molas e elásticos. Quando algum corpo tem tendência a voltar à sua posição de equilíbrio em razão de uma força restauradora, assim como uma mola esticada ou comprimida, dizemos que ele é capaz de armazenar energia em forma de energia potencial elástica. A energia potencial elástica, assim como todas as outras formas de energia potencial, também é escalar. Dessa forma, o caminho tomado pelo corpo não afeta o módulo de sua energia potencial, que é afetado somente pela diferença entre as posições final e inicial do corpo. Por exemplo: um corpo elástico, quando esticado ou comprimido em dois centímetros, apresentará a mesma quantidade de energia potencial elástica para ambos os casos. Podemos calcular a energia potencial elástica de um corpo por meio da equação apresentada abaixo: Legenda: Na equação acima, k recebe o nome de constante elástica. Essa constante é uma propriedade do corpo e mede a intensidade da força necessária para deformar o corpo em um metro. Já a variável x mede a deformação do corpo em metros. Se o corpo estiver em seu tamanho original, sua deformação será nula, de forma que x = 0. Portanto, esse corpo não apresentará qualquer energia potencial elástica. Veja também: Dicas para um estudo de Física mais eficiente Fórmulas de energia potencialPara calcularmos a energia potencial gravitacional contida em um corpo, utilizamos a fórmula abaixo: Legenda: Podemos calcular o módulo da energia potencial elástica de um corpo por meio da fórmula abaixo: Legenda: Exemplos sobre energia potencialConfira alguns exemplos de aplicação das fórmulas de energia potencial gravitacional e energia potencial elástica. Exemplo 1 - Calcule o módulo da energia potencial gravitacional de um corpo de massa igual a 4,0 kg que se encontra em uma altura de 50,0 cm em relação ao solo. Adote g = 10 m/s². Resolução: Para calcularmos o módulo da energia potencial gravitacional desse corpo, fazemos o seguinte cálculo: Lembre-se de que é necessário que a altura esteja definida em metros (50,0 cm equivalem a 0,5 m). Exemplo 2 - Uma mola de constante elástica igual a 100 N/m é esticada em 10,0 cm. Calcule o módulo da energia potencial elástica armazenada por essa mola. Resolução: É necessário lembrar que a deformação sofrida pela mola deve ser dada em metros (10 cm equivalem a 0,10 m). Podemos calcular a energia potencial armazenada nessa mola da seguinte forma: Veja também: Cinco dicas para resolver exercícios de Física Exercícios resolvidos sobre energia potencialExercício 1 - Uma mola de constante elástica igual a 100,0 N/m encontra-se deformada, de forma que sua energia potencial elástica tem módulo igual a 320,0 J. Calcule o valor da deformação apresentada por essa mola em centímetros. Resolução: Usando a fórmula da energia potencial elástica, vamos substituir os dados informados pelo exercício: Portanto, a mola do exercício teve seu comprimento original alterado em 80,0 cm. Exercício 2 - Um corpo de massa igual a 500 g encontra-se numa região na qual a gravidade local tem módulo igual a 9,8 m/s². Sendo a energia potencial gravitacional atribuída a esse corpo igual a 294,0 J, calcule a altura que esse corpo encontra-se em relação ao solo. Resolução: Podemos calcular a altura do corpo em relação ao solo por meio da fórmula da energia potencial gravitacional. Para tanto, precisamos lembrar que a massa desse corpo precisa ser dada em quilogramas (500 g equivalem a 0,5 kg). Assim, teremos:
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