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Física do ensino médio
Posição e energia potencial
Podemos pensar que a energia potencial entre dois objetos devida às forças de longa distância é armazenada em um campo. Quando os objetos se movem em decorrência das forças do campo, a energia armazenada no campo diminui. 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 falar sobre como
a energia é armazenada em um campo, e, em particular, o que
acontece com a energia caso a gente mude a posição
das coisas dentro desse campo. Então, apenas para refrescar a memória,
vamos lembrar algumas coisas aqui. A primeira coisa é
o que é a energia. A energia é a capacidade
de realizar trabalho. Mas o que
é o trabalho? Temos um trabalho quando uma
força é aplicada por uma distância, sendo assim, o trabalho pode ser
calculado com o módulo da força vezes o deslocamento
na direção dessa força. Agora, o que
é o campo? Ah, eu não estou falando de uma grande
área com um gramado ou algo assim. Sabe? Um campo de futebol. Eu estou falando sobre
uma ideia geral da Física, ou seja, o conceito que nos
permite prever e explicar como as coisas que não estão se
tocando ainda estão interagindo, ainda são capazes de exercer
forças umas sobre as outras. Inclusive, eu já falei em outros momentos que
nada neste Universo está realmente se tocando. Nós apenas conceitualizamos que,
às vezes, essas coisas se tocam. Mas, apenas como um exemplo de
campo, temos aqui um campo elétrico. Eu poderia ter feito
outro tipo de campo, poderíamos ter feito
um campo magnético, poderíamos ter feito
um campo gravitacional. Embora, quando a gente estuda
a relatividade geral de Einstein, percebemos que não pode ser exatamente ideal
pensar a respeito da gravidade como um campo. Mas, enfim, não é o objetivo deste
vídeo discutir isso agora, tudo bem? Vamos ficar então
com a ideia de campo. Aqui, em um campo elétrico, temos
uma carga positiva e uma carga negativa. Sabemos, por experiência,
que essas duas coisas se atraem, e a convenção aqui utilizada é traçar essas
linhas de campo indo do positivo ao negativo. Agora, se simplesmente largássemos essas
duas cargas pontuais aqui, o que aconteceria? Bem, sabemos que devido ao
campo elétrico construído ou criado, ou que imaginamos ter sido criado,
por essa carga pontual negativa faria ter uma força sendo
aplicada sobre a carga positiva, atraindo-a em direção
à carga negativa, e vice-versa. Ou seja, devido ao campo
criado pela carga positiva, também teríamos uma força sendo
aplicada sobre a carga negativa, atraindo-a em direção
à carga positiva. Ou seja, devido a isso, ambas as cargas
vão se mover uma em direção a outra. Então, quando falamos em energia em
campos ou energia armazenada em campos, nesta configuração inicial
que eu coloquei aqui, como existe energia nesse campo, ou seja,
como está sua capacidade de realizar trabalho? Pause o vídeo e
pense sobre isso. Bem, vamos pensar
aqui da seguinte forma: imagine que em cada uma dessas cargas
foi anexado algum tipo de massa. Então, digamos que isso aqui esteja
puxando algum tipo de massa, e que isso aqui também esteja
puxando algum tipo de massa. Bem, quando você solta e as forças são
exercidas em cada uma dessas cargas pontuais, assumindo que as forças
são grandes o suficiente, elas serão capazes de puxar essas
massas uma em direção a outra. Portanto, temos uma quantidade potencial
de trabalho que pode ser realizado, e, essencialmente, continuaria acontecendo
até que essas cargas pontuais se tocassem. Eu usei aspas no ar aqui com as minhas
mãos quando eu falei a palavra "tocassem", mesmo que você não possa ver
isso acontecendo aqui neste vídeo. Mas algo que tem que
ficar claro para você é que elas vão se mover até um ponto em que
elas não consigam se aproximar mais uma da outra, devido ao fato de
elas se tocarem ou caso a gente tenha algum outro objeto
impedindo que elas se aproximem ainda mais. Agora, pensando
em tudo isso, será que existe alguma forma de aumentar a
energia potencial armazenada nesse campo? Pause o vídeo e
pense sobre isso. Bem, pensando nisso, que tal a gente pegar
aqui e manter a carga positiva onde está, e pegar a carga negativa e
movê-la em uma direção oposta à direção da força que o
campo está tentando exercer? O que vai acontecer nesse caso? Ou seja, em vez de a carga negativa
estar no ponto que estava, se eu a movesse para
um ponto mais distante, o que vai acontecer?
O que aconteceria nesse caso? Bem, se eu movesse
para esse ponto, ou seja, movesse aqui em uma direção contra
a força que o campo está tentando exercer, eu vou aumentar a
energia do campo, porque agora ele pode
realizar um trabalho maior, ou seja, temos um potencial de puxar
a massa por uma distância maior. Portanto, diante de tudo
isso que conversamos, chegamos a um
princípio geral aqui: se deixarmos essas
cargas se movimentarem na direção das forças que estão sendo
exercidas sobre elas devido ao campo, vamos reduzir a
energia no campo. Mas, se formos capazes de movê-las contra
as forças que o campo está exercendo, e como você pode imaginar teremos que
colocar energia no sistema para fazer isso, mas, se fizermos isso, estaremos
armazenando mais energia nesse campo, porque, nesse caso, elas ficarão
mais distantes uma da outra e poderão arrastar suas pequenas
massas que estão puxando ainda mais. Conseguiu compreender essas ideias?
Eu espero que sim! E, mais uma vez, eu quero deixar
aqui para você um grande abraço e dizer que encontro você
na próxima! Então, até lá!