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Energia Mecânica de um Corpo (Emec)

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 de energia mecânica E de um corpo (ou sistema) permanece constante quando está sob ação apenas de forças conservativas*¹, e livre da ação de forças dissipativas*².

Emec= constante (o valor não muda)

*¹ Forças conservativas são aquelas cujo trabalho realizado para deslocar um corpo entre duas posições não depende da trajetória escolhida.
Exemplos: Força gravitacional, força elástica, força elétrica, força magnética (ou força eletromagnética).

*² Forças dissipativas são aquelas que convertem energia mecânica em outra forma de energia.
Exemplo: Força de atrito (converte energia mecância em energia térmica e/ou energia sonora).




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

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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