Colégio Técnico da Escola de Educação Básica e Profissional da UFMG – Física – 1º Ano/2015 1
As três manifestações de energia mecânica
1- Introdução
As ciências identificaram três manifestações de energia cujo “aparecimento” ou “desaparecimento” estão
associados à realização de forças e deslocamentos: i) Energia Cinética (EC) ou “energia de movimento”;
ii) Energia Potencial Gravitacional (EPG); iii) Energia Potencial Elástica (EPE). Todas essas três formas de
energia são reunidas sob o rótulo de Energia Mecânica (EM). Assim, a energia mecânica de um corpo, em
dada situação, é a soma das energias cinética, potencial gravitacional e potencial elástica, como indicado no
diagrama abaixo.
As três manifestações de energia
mencionadas no diagrama podem se
converter facilmente umas nas outras.
Essa
conversão
é
sempre,
e
necessariamente, o efeito de uma força
que
atua
ao
longo
de
certo
deslocamento.
Assim, as transformações EC ↔ EPG são provocadas pela força de atração gravitacional. As transformações
EC ↔ EPE, por sua vez, são provocadas por algum tipo de força restauradora, ou força elástica, que surge
quando certos sistemas ou estruturas são submetidos a deformações.
Na ausência de forças de atrito, a energia mecânica em um sistema se conserva e as transformações
indicadas no diagrama acima ocorrem incessantemente. Contudo, a atuação de forças de atrito ao longo de
um determinado deslocamento, faz com que a EC adquirida por um objeto seja transformada em energia
térmica (ET) que, posteriormente, é transferida, por meio do calor, para o ambiente mais frio ao redor do
objeto. Esses processos foram ilustrados na atividade Transformações de Energia em uma pista de Skate,
por meio dos gráficos produzidos pelo aplicativo Parque Energético para Skatistas. Mesmo em processos nos
quais a Energia Mecânica não se conserva devido à ação do atrito, podemos falar em conservação da Energia
Total do sistema constituído pelo objeto e pelo ambiente a sua volta. Nesse caso, a Energia Total do sistema
será a soma da Energia Mecânica e da Energia Térmica.
2- Estudo das transformações de energia mecânica em movimentos capturados em vídeo
Para que você possa compreender melhor todas as afirmações apresentadas na introdução desta atividade,
você deve esboçar gráficos de barras semelhantes àqueles produzidos pelo aplicativo Parque Energético
para Skatistas, nos exercícios propostos a seguir.
1. Por causa da força de atração gravitacional, um objeto lançado verticalmente para cima apresenta uma
EC progressivamente menor. Por outro lado, enquanto o objeto sobe, sua distância até a superfície da
Terra aumenta. Esse aumento provoca uma elevação da EPG do sistema (Terra + objeto). O valor da EPG
está associado à massa do objeto, bem como à distância entre ele e o centro da Terra. Baseando-se
nessas afirmações e na análise do vídeo https://youtu.be/XEsrw0Y7wT8, produza gráficos de barra
comparando os valores da EC e da EPG em três posições diferentes ocupadas pelo objeto durante a
subida. A última dessas posições deve coincidir com o ponto de altura máxima atingida pelo objeto.
Depois de terminar a produção desses três gráficos, faça dois novos gráficos para posições situadas ao
longo da descida do objeto em seu movimento de retorno ao ponto de lançamento.
2. Mediante a realização de forças e deslocamentos, o sistema elástico constituído por um arco e uma flecha
pode armazenar certa EPE. A partir de uma análise do vídeo https://youtu.be/uvb3q8e8‐Qs, produza
gráficos de barras comparando os valores da EC e da EPE em três configurações do sistema (arco +
flecha). A primeira dessas configurações deve ser aquela na qual a deformação do arco é máxima. A
última deve ser aquela em a deformação do arco é zero.
3. O aquecimento do sistema de freio de um automóvel é um efeito das forças de atrito entre peças que
compõem esse sistema. O funcionamento do sistema de freios de um automóvel é ilustrado no vídeo
https://youtu.be/phiSrI1TgRs. O aquecimento das peças que compõem o sistema de freios durante a
frenagem de um carro pode ser observado no vídeo https://youtu.be/jHuLUqeqTmc. A força de atrito é
sempre contrária ao deslocamento das superfícies de corpos que estão em contato. Considerando uma
situação inicial na qual um carro se desloca com certa velocidade e uma situação final na qual a força de
atrito conseguiu interromper o movimento das rodas, desenhe ao menos três gráficos de barras
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comparando valores da EC, da ET e da energia total do sistema constituído pelo carro e pelo ambiente
situado a sua volta.
4. O aquecimento de bolas de sinuca atingidas por um taco pode ser flagrado por meio de uma câmera
térmica conforme mostrado no vídeo https://youtu.be/c922QdCP6P4. Esse equipamento produz um
registro em vídeo no qual variações de cores estão associadas a uma escala de temperaturas. Assista
ao vídeo e responda: (a) por que, na primeira imagem registrada pela câmera térmica, é possível ver um
risco sobre a mesa com a trajetória das bolas que entraram em movimento? (b) na segunda imagem
registrada pela câmera térmica, o taco atinge vigorosamente a bola; por que, nessas circunstâncias é
possível um risco na parte central da bola? (c) por que os riscos brilhantes mostrados pela câmera sobre
a mesa ou sobre a bola só aparecem por alguns instantes, desaparecendo logo depois?
3- Estudo da obtenção de energia mecânica a partir de energia potencial química
A energia cinética adquirida por um automóvel deve-se às forças provenientes da combustão explosiva de
álcool, gasolina ou diesel. Esse processo é ilustrado no vídeo https://youtu.be/g9MkprYVBAI. Há também
uma vídeo-aula sobre o funcionamento do motor de combustão interna usado em motocicletas, automóveis,
ônibus, caminhões e tratores no link https://www.youtube.com/watch?v=u_BmrnO8VQY. Essa vídeo-aula
exibe um motor feito com algumas peças transparentes. Assista a vídeo-aula ou baseie-se no primeiro vídeo
citado acima para escrever em seu caderno um texto com uma descrição bem geral e sucinta dos processos
a partir dos quais a energia potencial química dos combustíveis é convertida em energia cinética no motor.