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Conteúdo principal

Revisão sobre conservação de energia

Revise os principais conceitos, equações e habilidades relacionados à conservação de energia, à energia mecânica e ao trabalho não conservativo.

Termos-chave

Termo (símbolo)Significado
Lei da conservação da energiaA energia total de um sistema isolado é constante. A energia não é criada nem destruída, ela só pode ser transformada de uma forma para outra ou transferida de um sistema para outro.
Energia mecânica (Em)Soma das energias cinética e potencial. Unidade do SI: joule (J).
Princípio da conservação da energia mecânicaSe apenas forças conservativas realizam trabalho, a energia mecânica de um sistema é constante em qualquer processo.
Energia térmicaEnergia interna presente em um sistema devido a sua temperatura.
Trabalho não conservativo (WNC)Trabalho realizado por forças não conservativas. Um exemplo é o trabalho realizado pelo atrito, que produz energia térmica. Unidade do SI: joule (J).

Equações

EquaçãoSímboloSignificado
Em=K+UEm é energia mecânica, K é energia cinética, U é energia potencial.A energia mecânica total de um sistema é a soma da energia cinética total com a energia potencial total.
K0+U0=K+UouΔK+ΔU=0K0 é a energia cinética inicial, U0 é a energia potencial inicial, K é a energia cinética final, U é a energia potencial final, ΔK é a variação da energia cinética e ΔU é a variação da energia potencial.A energia mecânica inicial de um sistema é igual à energia mecânica final de um sistema em que nenhum trabalho é realizado por forças não conservativas (princípio da conservação da energia mecânica).
K0+U0+WNC=K+UouWNC=ΔK+ΔUK0 é a energia cinética inicial, U0 é a energia potencial inicial, K é a energia cinética final, U é a energia potencial final, ΔK é a variação da energia cinética, ΔU é a variação da energia potencial e WNC é o trabalho não conservativo.A variação da energia mecânica de um sistema é igual ao trabalho total realizado no sistema por todas as forças não conservativas.

Como escrever a equação da conservação de energia

A equação da conservação de energia
K0+U0+WNC=K+U
é sempre verdadeira em qualquer cenário. No entanto, a equação da conservação pode parecer diferente dependendo do problema, porque diferentes forças e tipos de energia podem estar envolvidos. Para escrever a equação da conservação de energia correta:
  1. Faça um desenho do cenário, anote as informações conhecidas e identifique seu sistema. Não se esqueça de que a energia potencial e o trabalho realizado pelo atrito devem incluir dois objetos.
  2. Decida quais serão os locais iniciais e finais para analisar a conservação de energia, incluindo nossa variável incógnita desejada em um dos locais e todas as informações conhecidas no outro local. Identifique as energias cinética e potencial nesses dois pontos.
  3. Indique a mais baixa das duas posições como o local de altura zero. Isso elimina o termo referente à energia potencial para esse local e simplifica nossa equação de conservação de energia.
  4. Se não houver forças não conservativas como o atrito, use a conservação da energia mecânica:
K0+U0=K+U
Ou se as forças não conservativas estiverem presentes, inclua WNC nas energias finais:
K0+U0=K+U+WNC
  1. Cancele qualquer um dos termos de energia que são zero para simplificar sua equação. Por exemplo, se o sistema não tiver movimento nas posições final ou inicial, remova os termos de energia cinética da equação.

Erros comuns e conceitos equivocados

  1. A equação da conservação de energia só compara a energia de um sistema para os pontos final e inicial no tempo. Pode haver diferentes combinações de energia entre esses dois pontos, mas a equação que usamos considera apenas as energias final e inicial.
Por exemplo, considere deixar cair uma bola em uma mola (veja a Figura 1 abaixo). Para o sistema mola-massa-Terra, podemos analisar a energia desde o momento da queda da bola (lado esquerdo) até o ponto onde a bola está em seu ponto mais baixo na mola (lado direito). No início, toda a energia é potencial gravitacional, depois há uma transição para uma combinação de energia cinética e energia potencial gravitacional conforme a bola cai e no final há somente energia potencial elástica.
A equação da conservação de energia para o sistema bola-mola-Terra para sua posição de queda e a posição de máxima compressão da mola é
Ug,0=Us
Mesmo que a bola esteja se deslocando durante a queda, ela não tem energia cinética no ponto inicial e no ponto final.
À esquerda temos uma bola acima de uma mola. Ao lado da bola temos uma identificação de v_o=0. À direita a bola está comprimindo a mola. Ao lado da bola temos uma identificação de v=0. No meio há uma série de identificações de energia em verde. Na parte superior temos U_g, abaixo dela temos U_g e K, logo abaixo temos U_g, U_s e K, e na parte inferior temos U_s.
Figura 1. Transformações de energia de uma bola que cai sobre uma mola.
  1. As pessoas pensam erroneamente que a energia é constante para um objeto. A energia total do universo é constante, mas a energia pode ser transferida entre os sistemas que definimos no universo. Se um sistema ganha energia, algum outro sistema deve ter perdido energia para conservar a energia total do universo.
Um exemplo disso seria empurrar um amigo em um carrinho. Seu amigo estaria inicialmente em repouso, mas após o empurrão ele teria energia cinética. A força de seu empurrão transfere energia para seu amigo.

Saiba mais

Para explicações mais profundas sobre a lei da conservação de energia, assista ao nosso vídeo sobre a lei da conservação de energia e diagramas LOL.

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