1 O que é energia potencial?
A energia potencial é a energia armazenada num sistema em função da sua configuração — posição ou deformação. Diferente da energia cinética (que depende do movimento), a energia potencial existe mesmo num corpo em repouso.
Armazenada pela posição vertical de um corpo num campo gravitacional. Quanto mais alto, maior a Epg.
Armazenada por deformação de uma mola (ou qualquer material elástico). Quanto maior a deformação, maior a Epe.
Energia potencial é sempre relativa a uma posição de referência. O que importa fisicamente é a diferença de energia potencial — não seu valor absoluto.
2 Energia potencial gravitacional
Para um corpo próximo à superfície da Terra, a energia potencial gravitacional é:
A variação de Epg está diretamente ligada ao trabalho do peso:
Uma caixa d'água de m = 500 kg está a h = 10 m de altura. g = 10 m/s².
Epg = 500 × 10 × 10 = 50 000 J = 50 kJ
3 Escolha do nível de referência (h = 0)
A altura h é medida a partir de um nível de referência que escolhemos livremente. Convenções comuns:
h = 0 no chão. Corpos acima do solo têm Epg > 0.
h = 0 na posição inicial. Útil quando o corpo pode subir ou descer.
A escolha da referência não afeta os resultados dos problemas — o que importa é sempre a variação ΔEpg = mgΔh, que independe da referência escolhida.
4 Energia potencial elástica
Uma mola comprimida ou esticada armazena energia que pode ser liberada para mover objetos. A Lei de Hooke (F = k·x) leva à seguinte expressão para a energia armazenada:
Uma mola com k = 400 N/m é comprimida x = 0,15 m.
Epe = ½ × 400 × (0,15)² = 200 × 0,0225 = 4,5 J
5 Forças conservativas e não-conservativas
A energia potencial só pode ser definida para forças conservativas — aquelas cujo trabalho independe do caminho percorrido:
| Força | Tipo | Tem energia potencial? |
|---|---|---|
| Peso (gravidade) | Conservativa | ✅ Epg = mgh |
| Elástica (mola) | Conservativa | ✅ Epe = ½kx² |
| Eletrostática | Conservativa | ✅ Eelétrica |
| Atrito cinético | Não-conservativa | ❌ (dissipa como calor) |
| Força aplicada variável | Não-conservativa | ❌ |
Forças não-conservativas (como o atrito) dissipam energia — transformam energia mecânica em calor de forma irreversível. Por isso, a conservação de energia mecânica só vale sem forças não-conservativas.
6 Calculadora
🧮 Energia Potencial Gravitacional — Epg = mgh
🧮 Energia Potencial Elástica — Epe = ½kx²
7 Aplicações cotidianas
A água represada converte Epg em cinética ao cair → turbinas geram eletricidade. Itaipu usa ~100 m de queda d'água.
A corda esticada armazena Epe. Ao soltar, a energia elástica converte-se em cinética da flecha.
As molas da suspensão absorvem impactos armazenando Epe e devolvendo-a gradualmente para o chassi.
No ponto mais alto (repouso momentâneo), toda energia é potencial. Na passagem pelo ponto mais baixo, toda é cinética.
8 Resumo
O que você aprendeu
- Energia potencial gravitacional: Epg = mgh (depende da altura).
- Energia potencial elástica: Epe = ½kx² (depende da deformação).
- Ep é sempre definida em relação a uma referência (h = 0 ou x = 0).
- O que importa é sempre a variação ΔEp, não o valor absoluto.
- TP = −ΔEpg: o trabalho do peso é o negativo da variação de Ep.
- Energia potencial só existe para forças conservativas (peso, elástica, elétrica).