1.1. Energia cinética e energia potencial

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1 1.1. Energia cinética e energia potencial

2 A palavra energia surgiu no século XIX para descrever alguns fenómenos naturais no domínio da física, da química e das ciências naturais. ENERGIA E Unidade do sistema internacional (SI) : Joule (J) A energia não é algo material como um corpo, embora esteja ligada aos corpos.

3 ENERGIA Energia Todos os corpos têm energia e essa energia pode-se transferir de uns corpos para outros. Corpo que recebe energia RECETOR Corpo que cede energia FONTE

4 Energia em sistemas Designa-se por sistema a região do espaço que se pretende estudar: corpo ou conjunto de corpos. A fronteira separa a vizinhança do sistema. A vizinhança é o exterior do sistema que com ele pode interagir. FRONTEIRA SISTEMA VIZINHANÇA Um sistema tanto pode ser uma galáxia como um átomo, uma bola, ou o próprio corpo humano.

5 Lei da Conservação da Energia A energia pode transferir-se entre corpos, mas não se pode criar nem destruir. Aquecimento de água numa panela SISTEMA Há dissipação de energia para a vizinhança, por exemplo, através do aquecimento do ar. Parte da energia é utilizada no aquecimento da água. energia fornecida pela chama

6 ENERGIA Lei da Conservação da Energia A energia pode transferir-se entre corpos, mas não se pode criar nem destruir. Aquecimento de água numa panela SISTEMA ENERGIA DISSIPADA ENERGIA ÚTIL ENERGIA FORNECIDA

7 A energia está presente em tudo o que fazemos e utilizamos. As manifestações de energia reduzem-se a dois tipos fundamentais: energia cinética e energia potencial

8 Todas as manifestações de energia se podem reduzir a dois tipos fundamentais. Energia cinética Energia associada ao movimento Energia potencial Energia armazenada, pronta a ser utilizada

9 Energia cinética - está associada ao movimento de um corpo. E c 1 2 mv 2

10 Energia cinética E c 1 2 mv 2 depende de: Velocidade do corpo Maior velocidade Massa do corpo Maior massa A linha de um gráfico de E c em função de v 2 é uma reta que passa na origem sendo o declive igual a m/2, enquanto a de um gráfico de E c em função de v será uma parábola. Maior energia cinética Maior energia cinética

11 Energia potencial Energia armazenada num sistema em consequência da sua posição ou condição. Energia potencial gravítica Energia potencial elástica Energia potencial química Energia potencial elétrica

12 Energia potencial gravítica A energia potencial gravítica de um corpo, próximo da superfície da Terra, está associada à interação entre o corpo e a Terra. Ep mgh

13 Energia potencial gravítica depende de: Altura a que o corpo se encontra Massa do corpo Maior altura Maior massa Maior energia potencial gravítica Maior energia potencial gravitica

14 Energia potencial elétrica - Quando as cargas elétricas se afastam, a energia potencial elétrica diminui. - Quando sob as cargas elétricas atua uma força exterior para as aproximar, é transferida energia para o sistema de cargas, o que significa que a energia potencial elétrica aumenta ao diminuir a distância entre as cargas. A energia potencial elétrica está associada à interação entre cargas elétricas. Trovoada Barra a atrair papéis

15 Energia potencial elástica A energia potencial elástica está associada, por exemplo, à compressão e distensão de uma mola elástica.

16 Energia mecânica A energia cinética de um corpo pode transformar-se em energia potencial gravítica. E E E m c p À soma da energia cinética de um corpo com a sua energia potencial dá-se o nome de energia mecânica.

17 Energia interna Energia associada às partículas que constituem um corpo. Resulta da energia cinética das partículas do sistema. energia potencial associada às interações entre as partículas do sistema. Depende da agitação corpuscular das partículas e, portanto, da temperatura do sistema. do número de partículas do sistema.

18 Energia interna E E 2 total int 1 Etotal Eint mv mgh 2 A energia interna de um sistema está associada às energias cinética e potencial das suas partículas.

19 Maior massa (m) maior o número de partículas que constitui o sistema maior número de interações maior energia potencial interna. Energia interna Maior temperatura (T) maior agitação das partículas maior energia cinética média interna A energia interna é maior no gobelé que tem maior massa. A energia interna é maior no gobelé que se encontra a temperatura mais elevada.

20 Sistema mecânico Um sistema mecânico é um sistema físico em que as variações de energia interna não são tidas em conta.

21 Centro de massa O movimento de um sistema mecânico, que possua apenas movimento de translação, pode ser reduzido ao de uma partícula com massa igual à massa do sistema e localizada no seu centro de massa.

22 Síntese de conteúdos Um sistema físico (sistema) é o corpo ou o conjunto de corpos em estudo. As manifestações de energia reduzem-se a dois tipos fundamentais: energia cinética e energia potencial. A energia cinética está associada ao movimento de um corpo. A expressão matemática que relaciona a energia cinética, E c, de um corpo com a 1 sua massa e com o valor da sua velocidade é: Ec mv 2 2 A energia potencial de um corpo é a energia que está associada à interação desse corpo com outros corpos. A energia potencial gravítica de um corpo, próximo da superfície da Terra, está associada à interação entre o corpo e a Terra. A expressão matemática que permite calcular o valor da energia potencial gravítica, E p, é: Ep mgh

23 Síntese de conteúdos À soma da energia cinética de um corpo com a sua energia potencial dá-se o nome de energia mecânica, E m. A energia interna de um sistema está associada às energia cinética e potencial das suas partículas. E E E m c p E E (partículas do corpo) E int c p (partículas do corpo) Um sistema mecânico é um sistema físico em que as variações de energia interna não são tidas em conta. Um sistema mecânico que possua apenas movimento de translação pode ser reduzido ao de uma única partícula com massa igual à massa do sistema e localizada no seu centro de massa.

24 Diagrama de conteúdos

25 Exercício proposto 1 Determine a energia cinética de uma bola de ténis de massa 200 g num serviço com uma velocidade de intensidade 55,0 m s 1 (198 km h 1 ). Considere apenas o movimento de translação da bola. Proposta de resolução O primeiro passo é converter a massa em unidade do SI: m = 200 g = 0,200 kg Sendo A energia cinética da bola de ténis é 303 J.

26 Exercício proposto 2 Um corpo com uma velocidade de intensidade 7,0 m s 1 tem uma energia cinética de 180 J. Se o mesmo corpo tiver uma velocidade de intensidade 12,0 m s 1, determine a sua energia cinética.

27 Proposta de resolução Como com os primeiros dados é possível determinar a massa do corpo: Com a mesma expressão é, agora, possível determinar a energia cinética nas segundas condições: A energia cinética do corpo é 5,3 x 10 2 J.

28 Exercício proposto 3 Uma criança de massa 15,0 kg inicia o seu movimento no topo de um escorrega, com uma energia potencial gravítica de 195 J, e atinge a base com uma velocidade de 5,0 m s 1 e uma energia potencial gravítica nula. Determine a energia mecânica inicial e final da criança.

29 Proposta de resolução No topo do escorrega, a criança só possui energia potencial gravítica porque ainda não está em movimento. Quando atinge a base do escorrega, a criança só possui energia cinética, pois a energia potencial gravítica é nula.

30 Exercício proposto 4 Num jogo de voleibol, uma bola, de massa 270 g, passa entre dois jogadores da mesma equipa. No ponto mais alto da trajetória, a bola possui uma energia mecânica de 15,0 J. Considerando que a energia mecânica da bola se mantém constante e que no lançamento a sua energia potencial gravítica é nula, determine a velocidade com que ela é lançada, considerando apenas o seu movimento de translação.

31 Proposta de resolução

32 Exercício proposto 5 Considere os sistemas A, B e C, apresentados a seguir, que revelam diferentes valores de energia interna. 1. De entre os sistemas A e B, qual possui maior energia interna? Justifique. 2. De entre os sistemas A e C, qual possui maior energia interna? Justifique.

33 Proposta de resolução 1. O sistema B tem maior energia interna que o sistema A porque possui maior massa, ou seja, possui maior energia potencial interna. 2. O sistema C tem maior energia interna que o sistema A porque possui maior agitação das partículas, ou seja, possui maior energia cinética interna.

34 Exercício proposto 6 Considere duas garrafas de água, uma de 0,30 L e outra de 1,00 L. Se ambas se encontrarem no frigorífico à temperatura de 8 ºC, qual apresenta valor mais elevado de energia interna? Justifique. Proposta de resolução A que apresenta maior energia interna é a garrafa de 1 L pois ambas se encontram à mesma temperatura, logo, possuem a mesma energia cinética interna, no entanto, como esta tem mais massa de água apresentará maior energia potencial interna.