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Energia Mecânica de um Corpo (Emec)


Energia mecânica é a capacidade de um corpo em produzir trabalho.

Corresponde à soma da energia cinética (Ec) e potencial (Ep) do corpo:



Princípio da Conservação da Energia Mecânica

A quantidade de energia mecânica E de um corpo permanece constante quando está sob ação apenas de forças conservativas, e livre de forças dissipativas*.

Emec= constante

*Forças dissipativas são aquelas que fazem o corpo perder energia mecânica, como o atrito e a resistência do ar,  por exemplo, que transformam a energia mecânica em outra forma de energia, como a energia térmica, energia sonora.




Princípio da Conservação da Energia Total 


A quantidade total de energia E em um sistema isolado permanece constante.


Isso acontece independentemente da(s) forma(s) que a energia esteja. Por exemplo, em um sistema isolado que tenha 10J de energia mecânica e o atrito transforme 3J em calor (foi realizado trabalho sobre as moléculas, deixando-as mais agitadas), e 2J em ruído (foi realizado trabalho sobre as moléculas do ar, provocando ondas sonoras). Ainda assim teríamos 10J de energia.

O problema é que nem toda energia térmica ou sonora pode voltar a ser convertida totalmente em energia mecânica devido à Segunda Lei da Termodinâmica. Essa Lei mostra que uma máquina térmica, por mais eficiente que seja, nunca poderá converter todo calor que recebe em trabalho (energia mecânica).

Esses princípios são fundamentais na Física, nos permitem compreender muitos fenômenos, fazer previsões, e resolver com maior facilidade muitos problemas, porque a energia e trabalho são grandezas escalares (números, e não vetores). 


Exemplo 1

Um pequeno cubo de massa m=200g é suspenso a uma altura de 2,5m em relação ao solo, e abandonado em queda livre. Com que velocidade chega ao solo?



Enquanto o cubo estiver suspenso e em repouso, a sua energia mecânica será apenas potencial gravitacional (Epg).

Emec=Epg

Emec=Epg=mgh

Emec= Epg=0,2 . 10. 2,5

Emec=Epg= 5 J (que será conservada, desprezando-se a resistência do ar*)

Quando o cubo é abandonado em queda livre, a altura vai diminuindo, consequentemente a energia potencial gravitacional também, enquanto a velocidade vai aumentando, logo, a energia cinética, que era nula, também vai aumentando.

Mas a sua energia mecânica se mantém em 5 J.



Quando o cubo chegar ao solo, toda a sua energia mecânica E estará na forma cinética.



Assim:



Podemos resolver de forma equivalente, mas veremos que nem precisamos conhecer a massa do corpo:

Devido ao princípio da conservação da energia, a energia mecânica inicial (Ei) é igual à final (Ef). Lembrando que no início a energia mecânica é somente potencial, e no final, somente cinética:




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