Lei da conservação de energia

Graduação em Física (USP, 2013)

Definir energia é algo um complicado. No entanto todos nós a percebemos quando a utilizamos. Quando acendemos uma lâmpada, damos partida em um carro ou até mesmo usamos a energia dos alimentos para realizar as atividades do dia a dia.

Mas uma série de transformações ocorreu para que a esses fenômenos acontecem, por exemplo: a queda de água em uma usina hidrelétrica, uma explosão controlada no motor do carro e transformações químicas nas células do nosso corpo. Ou seja, uma forma de energia se transformou em outra. E, de forma resumida, podemos dizer que energia é o que coloca um corpo em movimento (ou na potência, na possibilidade de um movimento, de realizar trabalho).

Sendo assim, a energia não se perde, mas sim, se transforma de um tipo em outro. E pode ser armazenada. Essa é a chamada Lei da conservação de energia.

No caso de uma hidrelétrica, por exemplo, a água corre no rio com uma determinada velocidade e cai de uma certa altura fazendo girar as turbinas, que transforma a energia mecânica em energia elétrica. Assim temos:

Energia cinética (Ec): energia gerada por um corpo (de massa – m) em movimento com velocidade - v.

E_c = \frac{mv^2}{2}

Caso o corpo varia sua velocidade durante o processo, temos a variação da energia cinética (ΔE):

\Delta E_e = E_cf - E_ci

Onde, Ecf é a energia cinética final e Eci, a energia cinética inicial.

\Delta E_c = \frac{m}{2} \cdot (v^{2}_{f} - v^{2}_{i})

Energia potencial gravitacional (EP): energia que pode ser gerada (potencial) por um corpo de massa - m que se localiza a determinada altura – h . A energia se dá quando esse corpo é acelerado pela gravidade - g.

E_p = mgh

Energia potencial elástica (EPelást): é a energia potencial em uma mola/elástico distendida ou contraída. Quando essa mola volta a sua posição normal, gera energia.

E_{P_{elast}} = \frac{kx^2}{2}

Onde: k é a constante elástica de restauração e x é a tanto que a mola distendeu ou contraiu.

No nosso exemplo, as energias cinética e gravitacional geraram energia elétrica, que acendeu a luz. Em um sistema ideal, onde as energias não se perdem para o meio na forma de atrito, calor ou som (forças dissipativas), a energia mecânica representa a energia total do sistema em suas diversas formas. Ou seja, a ausência de forças dissipativas, a energia mecânica permanece constante, apenas se convertendo entre cinética e potencial (gravitacional, elástica, elétrica, química, nuclear entre outras).

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