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Física do ensino médio
Energia e campos
Quando há mudança na posição relativa de dois objetos que interagem através de um campo, há variação na energia armazenada no campo. Versão original criada por Sal Khan.
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Transcrição de vídeo
RKA12JL – Olá!
Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma
aula de Ciências da Natureza. E, nesta aula, vamos conversar
sobre a energia e os campos. Em outros momentos, já definimos ou
fornecemos uma definição para energia como a capacidade
de realizar trabalho. Também falamos sobre
a noção de um campo. Já falamos sobre coisas como um
campo elétrico ou um campo gravitacional. Essas coisas são construções mentais que
produzimos para explicar a força a distância. Por exemplo, se eu
tenho um planeta aqui e eu tenho algum objeto aqui
que tenha alguma massa, sabemos que eles vão exercer
forças um sobre o outro. E, na verdade, essas forças
terão a mesma intensidade, mesma direção,
mas sentidos contrários. Como podemos perceber,
eles não estão se tocando. Então, como eles estão exercendo
forças um sobre o outro? Para explicar isso, os cientistas
introduziram a noção de campo, e falaram que cada um desses objetos
produz uma espécie de campo gravitacional. Ah, claro, Einstein veio
mais tarde e disse que na verdade eles estão
distorcendo o espaço-tempo. Mas isso é uma coisa que a gente
não vai conversar neste vídeo, tá? Aqui, a gente vai ficar
apenas com a ideia de campo. Afinal, a ideia de campo
é uma maneira de pensar sobre como eles são capazes de
induzir uma força, por assim dizer, uns sobre os outros. Da mesma forma, se você
tiver duas cargas elétricas, digamos que você tenha duas
cargas pontuais negativas aqui, sabemos que elas
vão se repelir, afinal, cargas de
mesmo sinal se repelem. Mas como reparamos novamente,
elas não estão se tocando. Sendo assim, como elas sabem que
tem uma força atuando sobre elas e que essas forças
têm sentidos opostos? Mais uma vez, existe essa ideia de
que cada uma delas produz um campo e que cada uma está no campo elétrico
gerado pela outra carga elétrica. Ou seja, esse campo de
alguma forma aplica essa força ou faz com que essa força seja
aplicada sobre a outra coisa. O campo é um conceito útil
para prever o que acontecerá e para quantificar como
isso poderia acontecer. Mas, realmente, é apenas algo em
nossas mentes que dá sentido ao Universo. Então, com isso fora do caminho, vamos
olhar para essa roda d'água bem aqui. Você pode ver que a água
desce daqui e depois cai, e, conforme ela cai, ela enche essas
coisas aqui e as empurra para baixo. Devido a isso, toda a roda vai girar,
fazendo essa roda cumprir sua função. Ou seja, ela vai realizar
um trabalho útil. No contexto da Física, nem todo
trabalho é necessariamente útil, mas isso aqui pode realmente
fazer um trabalho útil. Para pensar sobre isso, vamos
observar duas gotas de água, talvez a mesma gota de água
em duas posições diferentes. Eu tenho uma gota d'água aqui e outra
que desceu e veio até aqui embaixo. Considerando essa gota, ou
essas gotas em duas posições, eu quero fazer
uma pergunta: qual delas tem maior
capacidade de realizar trabalho? Pause este vídeo
e pense sobre isso. Como sabemos, quando a
gota d'água está aqui em cima, ela tem a capacidade de cair por
causa do campo gravitacional que está
puxando-a para baixo. E, a propósito, se o campo gravitacional
está puxando a gota d'água para baixo, essa gota d'água também está
puxando a Terra para cima. Mas aqui é o campo gravitacional da Terra
que está puxando a gota d'água para baixo, e, por causa disso, se nada
parar ou segurar a gota d'água, ela pode fazer o que estamos
observando nesse exemplo em percorrer seu caminho até
chegar a essa posição bem aqui. Agora, nessa posição bem aqui, em
teoria, talvez ainda pudesse funcionar. Talvez haja um penhasco bem aqui e,
devido a isso, ela pode continuar caindo. Mas a gota d'água aqui de cima, claramente,
tem a capacidade de realizar mais trabalho porque tem o potencial de trabalho
que pode realizar daqui até aqui. E aí, obviamente, poderia continuar realizando
qualquer trabalho que essa posição permitisse. Enfim, vamos dizer que essa gota
d’água, em função de sua posição, tenha uma capacidade maior de realizar
trabalho e que tenha mais energia. Sabendo disso, qual é
a forma dessa energia? Bem, nesse caso, é a energia
potencial gravitacional, é a energia que
é “armazenada”. E eu coloquei isso entre aspas porque não é
como se você fosse capaz de abrir a gota d'água, e, de repente,
ver a energia. Nós estamos falando da energia que é
armazenada em virtude de sua posição. Outra forma de
pensar sobre isso é que, em vez de imaginar que a energia
está armazenada na gota d'água (e isso está realmente acontecendo
em nossas mentes agora), é dizer que essa energia
está armazenada no campo. Nesse caso, nesse
campo gravitacional. Como é o campo gravitacional que
está puxando essa gota d'água, a direção do movimento vai
reduzir a energia no campo. Então, se simplesmente
deixarmos as coisas acontecerem, o campo gravitacional da Terra
vai puxar essa gota d'água. Ah, claro, essa gota d'água também tem o campo
gravitacional que vai atrair a Terra para cima. Mas, à medida que essa gota
d'água é puxada para baixo, a quantidade total de energia
armazenada no campo vai diminuir. Agora, o que acontece
com essa energia? Essa energia é transferida do campo
para a energia cinética dessa roda, que pode então ser transferida para
outras coisas, mas, aí, é outra história, ok? Conseguiu compreender essas
ideias aqui de que conversamos? Eu espero que sim. E, mais uma vez, eu quero deixar
para você um grande abraço, e dizer que encontro você
na próxima. Então, até lá!