Tipos de energia

O que significa ter energia? Bom, pense em como você se sente quando acorda pela manhã. Se tiver muita energia, isso provavelmente significa que você se sente alerta, pronto para tudo, e capaz de fazer o que for necessário durante o dia. Se não tiver energia (talvez porque não dormiu as oito horas necessárias), então, talvez você não sinta vontade de sair da cama, de se mexer ou de fazer o que precisa fazer.

Apesar desta definição da energia ser a de uso diário, não científica, ela é muito similar com a definição formal de energia (e pode te auxiliar como uma forma fácil de recordá-la). Especificamente, a energia é definida como a capacidade de realizar trabalhos – que, para fins de biologia, pode ser pensada como a capacidade de causar algum tipo de mudança. A energia pode assumir muitas formas diferentes: por exemplo, estamos todos familiarizados com a luz, o calor e a energia elétrica.

Aqui, nós olharemos alguns tipos de energia que são particularmente importantes em sistemas biológicos, incluindo a energia cinética (energia de movimento), a energia potencial (energia devido à posição ou estrutura) e a energia química (a energia potencial das ligações químicas). A energia nunca é perdida, mas pode ser convertida de uma dessas formas para outra.

Quando um objeto está em movimento, há energia associada com este objeto. E porque é assim? Os objetos em movimento são capazes de causar uma mudança ou, vamos colocar de outra forma, realizar trabalho. Por exemplo, pense em uma bola de demolição. Mesmo uma bola de demolição movendo-se devagar pode fazer um grande estrago em outro objeto, como, por exemplo, uma casa vazia. Entretanto, uma bola de demolição que não se mova não realiza nenhum trabalho (ela não bate em nenhum prédio).

A energia associada com o movimento do objeto é chamada energia cinética. Uma bala em movimento, uma pessoa de pé, e radiação eletromagnética como a luz possuem energia cinética. Outro exemplo de energia cinética é a energia associada ao movimento constante e aleatório de átomos ou moléculas. Isso também é chamado energia térmica – quanto maior a energia térmica, maior a energia cinética de movimento atômico e vice-versa. A energia térmica de um grupo de moléculas é o que chamamos de temperatura, e quando a energia térmica que está sendo transferida entre dois objetos, ela é conhecida como calor.

Voltemos ao nosso exemplo de bola de demolição. Quando a bola de demolição está imóvel, ela não possui qualquer energia cinética. Mas o que aconteceria se fosse levantada dois andares acima com um guindaste e suspensa acima de um carro? Neste caso, a bola de demolição não está se movendo, mas, na verdade, ainda há energia associada a ela. A energia da bola de demolição suspensa reflete no seu potencial para realizar trabalho (no caso, o dano). Se a bola de demolição for lançada, ela faria trabalho ao transformar o pobre carro em uma panqueca. E se a bola for mais pesada, a energia associada a ela será maior.

Este tipo de energia é conhecida como energia potencial e é a emergia associada com um objeto por causa de sua posição ou estrutura. Por exemplo, a energia nas ligações químicas de uma molécula está relacionada à estrutura da molécula e às posições de seus átomos relativos uns aos outros. Energia química, a energia armazenada em ligações químicas, é, assim, considerada uma forma de energia potencial. Alguns exemplo de energia potencial do dia a dia incluem a energia da água presa por uma represa, ou de uma pessoa prestes a saltar de um avião.

A energia de um objeto pode ser convertida de uma forma para outra. Vamos considerar nosso exemplo favorito, a bola de demolição. Enquanto a bola de demolição está suspensa imóvel a uma altura de vários andares, ela não tem nenhuma energia cinética. Assim que for solta, sua energia cinética começa a aumentar porque ela ganha velocidade devido à gravidade, enquanto que sua energia potencial começa a diminuir, porque não está mais tão longe do chão. Logo antes de atingir o solo, a bola não tem mais quase nenhuma energia potencial e muita energia cinética.

Os mesmos tipos de conversões são possíveis com a energia química, e nós vemos muitos exemplos disso em nosso dia a dia. Por exemplo, o octano, um hidrocarboneto encontrado em gasolina, tem energia química (energia potencial) devido a sua estrutura molecular, como é mostrada acima. Esta energia pode ser liberada em um motor de carro, quando a gasolina entra em combustão, produzindo gases em alta temperatura que movem os pistões do motor e, em última análise, impulsionam o carro para a frente (energia cinética)${}^1$‍. Parte da energia química é convertida em energia cinética do carro, enquanto outra parte é convertida em energia térmica na forma de calor emitido do motor.

A energia pode, de modo semelhante, alterar formas em organismos vivos. Por exemplo, a energia armazenada em ligações da pequena molécula ATP (energia potencial) pode alimentar o movimento de uma proteína motora e de sua carga ao longo de uma faixa de microtúbulos, ou a contração de células musculares para mover um membro (energia cinética).