Corresponde à soma da energia cinética (Ec) e potencial (Ep) que um corpo tem:
A energia mecânica é aquela que pode ser convertida totalmente em trabalho, e vice-versa.
Obs.: A energia térmica, por exemplo, não pode ser convertida totalmente em trabalho, apenas parcialmente.
Princípio da Conservação da Energia Mecânica
"A quantidade total de energia mecânica E de um corpo (ou sistema) permanece constante quando está livre da ação de forças dissipativas."
Emec= constante (o valor não muda)
Um exemplo da conservação da energia mecânica de um sistema pode ser visto na animação abaixo (esferas de Newton, ou pêndulo de Newton).
É dada energia mecânica Emec (energia potencial gravitacional) uma das esferas das extremidades, levantando-a a uma certa altura. Abandona-se o sistema, e a energia mecânica Emec passa de esfera para esfera, fazendo o ciclo se repetir indefinidamente.
Obviamente, a amplitude da oscilação vai diminuindo paulatinamente porque existe a resistência do ar envolvida, que tira energia mecânica do sistema aos poucos.
Forças Conservativas e Dissipativas
Forças conservativas são aquelas que apenas convertem energia cinética em potencial, e vice-versa. Elas não dissipam a energia mecância de um corpo (ou sistema). Ou seja, elas não transformam energia mecânica em energia térmica, ou sonora.
Exemplos: Força peso, força elástica, força eletromagnética.
Forças dissipativas são aquelas que convertem energia mecânica em energia térmica, ou sonora, fazendo a energia se dissipar no ambiente.
Exemplos: Força de atrito, resistência do ar, resistência da água.
Princípio Geral da Conservação da Energia
"A quantidade total de energia E em um sistema isolado permanece constante."
Isso acontece independentemente das formas que a energia pode se apresentar.
Por exemplo, em um sistema isolado que tenha 10J de energia mecânica, e o atrito transforme 3J em energia térmica (deixando as moléculas ainda mais agitadas) e 2J em energia sonora (ruído), ainda assim teríamos 10J de energia:
✓ 5J de energia mecânica que sobraram
✓ 3J de energia térmica
✓ 2J de energia sonora
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=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.
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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