Definição de energia
Energia
De um modo geral, a energia pode ser definida como capacidade
de realizar trabalho ou como o resultado da realização de um
trabalho.
Na prática, a energia pode ser melhor entendida do que
definida.
Quando se olha para o Sol, tem-se a sensação de que ele é
dotado de muita energia, devido à luz e ao calor que emite
constantemente.
Uso da Energia
A
humanidade tem procurado usar a energia que a cerca e a
energia do próprio corpo, para obter maior conforto, melhores
condições de vida, maior facilidade de trabalho, etc.
Para a fabricação de um carro, de um caminhão, de uma
geladeira ou de uma bicicleta, é preciso Ter disponível muita
energia elétrica, térmica e mecânica.
A
energia elétrica é muito importante para as indústrias, porque
torna possível a iluminação dos locais de trabalho, o
acionamento de motores, equipamentos e instrumentos de
medição.
Para todas as pessoas, entre outras aplicações, serve para
iluminar as ruas e as casas, para fazer funcionar os aparelhos
de televisão, os eletrodomésticos e os elevadores. Por todos
esses motivos, é interessante converter outras formas de
energia em energia elétrica.
Energia Cinética
A energia que um corpo adquire
quando está em movimento chama-se energia cinética. A energia
cinética depende de dois fatores: da massa e da velocidade do
corpo em movimento.
Potencial
É um tipo de energia que o corpo armazena, quando está a uma
certa distância de um referencial de atração gravitacional ou
associado a uma mola.
Energia Cinética
Qualquer corpo que possuir velocidade terá energia cinética. A
equação matemática que a expressa é:
Teorema da energia cinética
O trabalho
realizado pela resultante de todas as forças aplicadas
a uma partícula durante certo intervalo de tempo é igual à
variação de sua energia cinética, nesse intervalo de tempo.
tR,AB
= m.v2B/2 - m.v2A/2
= [DEcin.]A==>B
Conservação da energia mecânica
A
energia mecânica (Emec) de um sistema é a soma da
energia cinética e da energia potencial.
|
Quando um objeto está a uma
altura h, como já foi visto, ele possui energia potencial;
à medida que está caindo, desprezando a resistência do ar,
a energia potencial gravitacional do objeto que ele possui
no topo da trajetória vai se transformando em energia
cinética e quando atinge o nível de referência a energia
potencial é totalmente transformada em energia cinética
(fig.6). Este é um exemplo de conservação de energia
mecânica.
Na ausência de forças
disssipativas, a energia mecânica total do sistema se
conserva, ocorrendo transformação de energia potencial em
cinética e vice-versa |
Energia Mecânica
Chamamos de Energia Mecânica
a todas as formas de energia relacionadas com o movimento de
corpos ou com a capacidade de colocá-los em movimento ou
deformá-los.
Armazenamento de energia
Note-se que o princípio de
conservação é facilmente confundido com a idéia de
‘armazenamento’ de energia no interior de um sistema material.
No século dezessete formou-se a
idéia de que o trabalho que um sistema podia realizar era
‘armazenado’ de alguma maneira no interior do próprio sistema
e que o ‘trabalho armazenado’ era sempre igual ao ‘trabalho
realizado’.
Não sabemos o que a energia é.
Todavia, se falamos que a energia pode ser armazenada, está-se
assumir que sabemos o que é – "como queijo armazenado no
frigorífico, talvez", na pitoresca imagem de Benyon6
. Benyon pergunta, então, ‘como a energia é armazenada
no objeto e onde?’.A ‘energia’ é uma quantidade
abstrata, um conceito inventado por conveniência do estudo da
Natureza. Como se pode então, armazenar uma abstração?7.
E, comparando energia com os números, outra abstração, como
se pode armazenar um número?8 Pode-se evidentemente
armazenar objetos em forma de números ou quantidades de
objetos correspondentes a números, mas não os números em si.
Benyon9 sugere, então, que a idéia do armazenamento
de energia decorre da energia ser tratada não como um conceito
físico abstrato mas como algo real, como um fluido ou um
combustível que possa ser armazenado ou transferido de um
corpo a outro.
Freqüentemente o conceito de
armazenamento de energia refere-se a combustíveis, como se
houvesse energia, geralmente referida como energia química,
armazenada no combustível. Um exemplo é ilustrativo10:
Um pedaço de carvão, não possui energia química neste sentido
pois não pode, por si só, ser transformado em gás carbônico e
libertar energia. O que ocorre é que a mistura inicial do
carvão e oxigênio está num estado energético mais alto que o
produto da combustão, gás carbônico, tal como a pedra antes de
cair estava numa posição mais alta. Durante sua queima, os
átomos de carbono reagem quimicamente com as moléculas de
oxigênio do ar num processo exotérmico, o que significa que a
diferença positiva no valor da energia química do sistema é
transferida para o meio ambiente em forma de calor, neste
caso, aquecendo o ar circundante, por exemplo. Note-se ,
todavia, para que essa reação de combustão aconteça, é
necessário que a mistura seja aquecida a 750 ºC, isto é, é
necessária a transferência energia em forma de calor à
mistura de carvão e oxigênio antes que a reação aconteça,
mais um motivo para não fazer sentido dizer-se que ‘o carvão
tem energia’.
Outra analogia fornecida por
McClelland11 é interessante: Se algo será
armazenado em sentido metafórico, deverá estar associado a
algo material que possa ser armazenado fisicamente. Assim,
podemos armazenar combustíveis e podemos armazenar livros; mas
há tanto sentido falar em armazenar energia quanto armazenar
informação.
Um livro não contém informação
mas apenas manchas de tinta sobre folhas de papel – cabe a um
leitor, que aprendeu a reconhecer aquelas manchas de tinta
como letras e palavras e a associar palavras a conceitos,
‘extrair’ informação do livro.
A Conservação da Energia
Mecânica
O
sinal negativo na definição da função energia potencial (D
U= U2-U1= -W= -ò
s1 s2 F.ds), é introduzido de
modo que o trabalho efetuado por uma força conservativa sobre
uma partícula, seja igual a diminuição de energia potencial do
sistema. Consideremos um sistema no qual o trabalho seja
efetuado apenas sobre uma das partículas, como o caso
esquiador-terra. Se a única força que efetuar o trabalho sobre
a partícula for uma força conservativa, o trabalho feito pela
força é igual a diminuição da energia potencial do sistema, e
também igual ao aumento da energia cinética da partícula (que
no caso, é o aumento de energia cinética do sistema):
Wtotal=
ò
F.ds=
-D
U= +D
K
Portanto,
D
K+D
U=
D
(K+U)=0
A
soma da Energia cinética com a energia potencial do sistema é
a energia mecânica total E:
E= K+U
Se apenas forças conservativas efetuam trabalho, a equação
D
K+D
U=
D (K+U)=0,
afirma que a variação da energia mecânica total é nula. Então
a energia mecânica total permanece constante durante o
movimento da partícula.
E= K+U= constante
Esta é a lei da conservação da energia mecânica e é a
origem da denominação "força conservativa" .
*Símbolos
W: Trabalho;
K: Energia cinética;
U: Energia Potencial ;
E: Energia Mecânica;
ò :
Integral.
D : variação (D
K: variação de energia cinética,
D
U: variação de energia potencial, ...)
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