Energia · Trabalho · Cinética · Potencial · Conservação
Nas três histórias, alguma coisa passa de um corpo para outro e muda de forma no caminho: do alimento para os músculos, do vento para a lâmpada, do combustível para as rodas. A essa coisa damos o nome de energia.
“É importante perceber que, na física de hoje, não temos conhecimento do que a energia é.”
Richard Feynman
O que se sabe fazer é contá-la. Existe uma quantidade que, somada em todas as suas formas, nunca muda. Esta aula é sobre aprender a fazer essa conta nos movimentos.
Ela se transforma, passa de um corpo a outro e, somada, não muda.
Cada etapa recebe a energia da anterior e a entrega em outra forma. Em nenhuma delas a energia aparece do nada: a conta da cadeia inteira sempre fecha.
Feynman usava essa história para explicar a conservação da energia. Quando a conta não fecha, a energia não sumiu nem surgiu do nada: ela está num lugar que ainda não olhamos, ou entrou por um caminho que não consideramos.
| Unidade | Símbolo | Equivale a | Onde aparece |
| joule | J | unidade do SI | Nas contas de Física |
| caloria | cal | 1 cal ≈ 4,18 J | Problemas de calor e temperatura |
| quilocaloria | kcal | 1 kcal = 1000 cal | Rótulos de alimentos |
| quilowatt-hora | kWh | 1 kWh = 3,6 · 106 J | Conta de luz |
O vento tem energia de movimento, que ele transfere às pás. O gerador transforma o giro em energia elétrica, e a lâmpada incandescente transforma a elétrica em luz e em calor.
Como uma força transfere energia de um corpo a outro.
Uma força realiza trabalho quando o corpo se desloca enquanto ela age. O trabalho é a energia transferida por essa força.
Unidade: 1 J = 1 N · 1 m. Um joule é o trabalho de uma força de 1 N ao longo de 1 m.
Só a componente da força na direção do deslocamento transfere energia:
| θ | cos θ | trabalho |
| 0° | 1 | máximo, W = F · d |
| 90° | 0 | nulo |
| 180° | −1 | negativo, W = −F · d |
A energia que um corpo tem por estar em movimento.
Energia cinética é a energia que um corpo tem por estar em movimento. O nome vem do grego kinesis, movimento. Parado, o corpo não tem energia cinética nenhuma.
Para parar, o freio precisa retirar toda a energia cinética do carro. O trabalho do atrito é Fat · d, e a força de atrito é a mesma nos dois.
A energia guardada na posição, que pode voltar a ser movimento.
Energia potencial é a energia guardada na posição dos corpos, pronta para voltar a ser movimento. “Potencial” tem aqui o sentido de possível: ela ainda não é movimento, mas pode vir a ser.
O valor de Epg depende de onde se põe o nível zero. O que acontece com o livro, não.
Se ele cair da mesa ao chão, perde 8 J de energia potencial nos dois referenciais: de 8 J para 0, ou de 0 para −8 J.
Para o peso, só conta o deslocamento na vertical: nos trechos horizontais, ele é perpendicular ao movimento e não realiza trabalho. Por qualquer caminho, a energia potencial ganha é a mesma, m · g · h.
A represa guarda a água no alto. Ao descer pela tubulação, a energia potencial vira cinética, a água gira a turbina, e o gerador entrega energia elétrica.
Esticada ou comprimida, a mola puxa ou empurra o bloco de volta ao comprimento natural. A força é proporcional à deformação:
A soma das energias de movimento e de posição, e quando ela não muda.
Na descida, a energia potencial vira cinética; na subida, a cinética volta a ser potencial. A soma das duas, a energia mecânica, fica o tempo todo em 2000 J.
Para atingir a maior altura, toda a energia cinética da corrida precisa terminar como energia potencial gravitacional no alto. A vara é o intermediário: guarda a energia como elástica e a devolve.
| Energia | Nasce do trabalho | Fórmula | Atenção |
| Cinética | da força resultante | m · v² / 2 | v ao quadrado |
| Potencial gravitacional | do peso | m · g · h | h medido a partir do zero escolhido |
| Potencial elástica | da força elástica | k · x² / 2 | x em metros, e ao quadrado |
| Mecânica | a soma das três | Ec + Epg + Epe | conserva-se se só peso e força elástica trabalham |