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Formas básicas de energia: energia cinética e
SUMÁRIO:
energia potencial.
Energia interna como a soma das energias cinética
interna e potencial interna.
Resolução de exercícios e problemas para
Consolidação dos conteúdos lecionados.
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ENERGIA MECÂNICA E ENERGIA INTERNA
SISTEMA
Corpo, região ou conjunto de partículas que são o objeto de
estudo.
Existem apenas duas formas básicas de energia:
• energia cinética
• energia potencial
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ENERGIA CINÉTICA
Energia associada ao estado de movimento de um objeto.
Qualquer corpo em movimento possui energia cinética e
quanto maior for a sua velocidade maior será a
quantidade de energia cinética que possui.
A linha de um gráfico de Ec em
função de v2 é uma reta que
passa na origem sendo o declive
igual a m/2, enquanto a de um
gráfico de Ec em função de v
será uma parábola.
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Exercício resolvido
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.
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Exercício proposto
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.
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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 102 J.
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Energia potencial
Energia armazenada num sistema em consequência da sua
posição ou condição.
Nos eletrões na nuvem eletrónica de um átomo, a interação
entre as partículas com carga elétrica origina uma energia
potencial elétrica.
Numa mola esticada a alteração da sua forma cria uma energia
potencial elástica.
A água armazenada numa
barragem apresenta energia
potencial gravítica (Epg), que
resulta da interação da água
com a Terra.
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ENERGIA MECÂNICA
A soma da energia cinética com a energia potencial de um
sistema designa-se energia mecânica (Em) de um sistema.
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Exercício resolvido
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.
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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.
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Exercício proposto
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.
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Proposta de resolução
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ENERGIA INTERNA
Energia que tem em conta a estrutura do sistema que é
constituído microscopicamente por muitas partículas.
Para a energia interna contribuem duas formas básicas de
energia:
• a energia potencial interna - resulta das várias interações
entre as partículas que constituem o sistema a nível
microscópico;
• a energia cinética interna - associada ao movimento das
partículas que constituem o sistema a nível microscópico.
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Maior massa (m)
↓
maior o número de partículas
que constitui o sistema
↓
maior número de interações
↓
maior energia potencial
interna.
A energia interna é maior no gobelé que tem
maior massa.
Maior temperatura (T)
↓
maior agitação das partículas
↓
maior energia cinética média
interna
A energia interna é maior no gobelé que se
encontra a temperatura mais elevada.
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Exercício resolvido
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.
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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.
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Exercício proposto
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.
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