Dennis e os blocos
O físico Richard Feynman explicava a energia com uma história. Um menino chamado Dennis tem 28 blocos de brinquedo que não quebram nem se dividem. Toda noite a mãe conta os blocos — sempre 28. Um dia ela encontra só 27. Procura e acha um debaixo do tapete. Outro dia há 25; ela descobre que Dennis jogou 3 pela janela. Outro dia a caixa está trancada, então ela a pesa para contar os blocos lá dentro...
Toda vez, contando com esperteza, ela descobre que o total é sempre 28. A energia é assim. É um número que conseguimos calcular em qualquer situação, e quando somamos todas as suas formas, o total nunca muda.
As formas de energia de que precisamos
Leia em voz alta: “energia cinética é igual a um meio vezes massa vezes velocidade ao quadrado.”
Energia cinética· medido em joules (J)
A energia que algo tem por estar se movendo.
Massa· medido em kg
O dobro da massa → o dobro da energia na mesma velocidade.
Velocidade ao quadrado· medido em (m/s)²
O dobro da velocidade → QUATRO vezes a energia.
Leia em voz alta: “energia potencial é igual a massa vezes g vezes altura.”
Energia potencial· medido em joules (J)
Energia guardada ao levantar algo contra a gravidade. Pode ser liberada como movimento.
Gravidade· medido em m/s²
9,8 na Terra.
Altura· medido em m
A altura acima de um nível que você escolhe como zero.
A energia é medida em joulesA unidade de energia do SI. 1 joule é a energia para levantar uma maçã pequena (uns 100 g) por 1 metro. (J). Levantar uma maçã por 1 metro gasta mais ou menos 1 joule. Uma Caloria de alimento vale cerca de 4.200 joules.
Há também a energia térmica: a agitação aleatória dos átomos que sentimos como calor. O atrito transforma movimento em energia térmica — esfregue as mãos e sinta.
A pista de skate
Arraste o skatista para qualquer altura e solte. Observe as barras de energia — principalmente a barra cinza “Total”.
Um skatista rolando numa rampa, com barras mostrando a energia cinética, potencial e térmica. Escolha o formato da rampa, o atrito e a massa do skatista. Arraste o skatista para um novo ponto de partida, ou selecione a imagem e use as setas para a esquerda e para a direita. Sem atrito, a energia total nunca muda.
Pista de skate da energia
InterativoPista
A matemática, com os seus números
O total nunca muda. A energia só passa de uma barra para outra.
Experimente
- →Sem atrito, o skatista sobe mais alto do que o ponto onde você o soltou? Por que não?
- →Adicione um pouco de atrito. Para onde vai a energia "perdida"? Observe a barra vermelha.
- →Mude a massa. As energias mudam — mas o movimento (velocidade, altura) muda?
No alto, o skatista para por um instante: só energia potencial, nenhuma cinética. Descendo, altura vira velocidade — potencial vira cinética. Embaixo: velocidade máxima, altura mínima. Subindo do outro lado, a cinética volta a ser potencial. Vai e volta, para sempre — enquanto não houver atrito.
Faça uma previsão primeiro
Ligue o atrito. O skatista vai parando. A energia foi destruída?
Pense um pouco e clique para ver a resposta.
Faça uma previsão primeiro
Ligue o atrito. O skatista vai parando. A energia foi destruída?
Pense um pouco e clique para ver a resposta.
Não. Olhe a barra vermelha: ela cresce exatamente o quanto as outras diminuem, e o total fica igual. A energia virou energia térmica — a pista e as rodas esquentam um pouquinho. A energia não se perde; só fica difícil de recuperar como movimento.
Usando a conservação para prever a velocidade
A conservação da energia é um superpoder: você descobre a velocidade no pé de um escorregador sem saber a forma dele, quanto tempo levou ou qualquer coisa sobre as forças no caminho.
Exemplo resolvido: qual a velocidade depois de uma queda de 5 m?
Passo 1 de 4- 1A energia no alto (parado) é igual à energia embaixo (h = 0). Sem atrito.
Resumo
Ideias-chave para lembrar
- A energia vem em formas: cinética , potencial gravitacional , térmica e outras.
- Conservação da energia: o total nunca muda. Ela só passa de uma forma para outra.
- O atrito não destrói energia; transforma-a em energia térmica.
- Velocidade depois de cair uma altura h (sem atrito): , qualquer que seja a massa ou o caminho.
Teste o que aprendeu
Fontes e leituras
Tudo nesta aula está de acordo com estas referências (em inglês). Todas são gratuitas.
- Feynman Lectures Vol. I, Ch. 4: Conservation of Energy — Caltech
- University Physics Vol. 1 — Ch. 7: Work and Kinetic Energy — OpenStax (Rice University)
- University Physics Vol. 1 — Ch. 8: Potential Energy and Conservation of Energy — OpenStax (Rice University)
- PhET: Energy Skate Park — University of Colorado Boulder