Cálculo da energia potencial gravitacional

RKA12JL – Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. E, nesta aula, vamos conversar sobre o cálculo da energia potencial gravitacional. Em outros vídeos, introduzimos a ideia de energia como a capacidade de realizar trabalho, e falamos sobre vários tipos de energias. Já falamos sobre energia cinética, que é uma energia devida ao movimento, já falamos sobre energia potencial, que é uma energia devida à posição, e, quando estamos falando sobre energia potencial, estamos falando sobre isso em relação a alguma outra posição. Neste vídeo em particular, vamos falar sobre a energia potencial gravitacional, que é a energia potencial devida à posição em um campo gravitacional. Sabendo disso, digamos que essa é superfície da Terra. Digamos que eu tenha uma massa de 5 quilogramas bem aqui e digamos também que ela esteja 10 metros acima da superfície da Terra. Minha pergunta para você aqui é a seguinte: quanto a mais de energia potencial ela tem nessa posição do que quando está nessa posição, ou seja, quando está sobre a superfície da Terra, 10 metros abaixo? Pause este vídeo e tente pensar sobre isso. Ok, vamos pensar nisso juntos aqui agora. Nossa energia potencial gravitacional é igual à massa vezes “g” (minúsculo), que você pode ver como a constante para o campo gravitacional da Terra próximo à superfície da Terra (o motivo pelo qual estou dizendo que é próximo à superfície da Terra é que, conforme você se afasta cada vez mais da Terra, o valor de “g” se altera, mas perto da superfície da Terra, assumimos que é aproximadamente constante), aí multiplicamos isso aqui pela altura. Calcular isso é muito simples, contanto que você saiba o valor de “g”. Normalmente, aproximamos o valor de “g” para 9,8 metros por segundo ao quadrado. Vamos multiplicar tudo isso substituindo os valores aqui. Ao fazer isso, temos que a energia potencial gravitacional é igual à massa, que é 5 quilogramas, vezes a constante do campo gravitacional, que é aproximadamente 9,8 metros por segundo ao quadrado, vezes a altura, que nessa situação é 10 metros (então, vezes 10 metros). Isso vai ser igual a 5 vezes 9,8, que é 49, vezes 10, que é 490. Em relação às unidades, temos quilogramas, também temos metros vezes metros, que é metros ao quadrado, dividido por segundo ao quadrado. Essas unidades podem parecer estranhas, mas você pode reconhecer isso também como as unidades de força vezes distância, que também podemos expressar em termos de joules. Ou seja, isso aqui é 490 joules, que é a unidade de medida tanto de energia quanto de trabalho. Agora, vamos ter certeza de que isso faz sentido do ponto de vista intuitivo. Uma forma de pensar sobre isso aqui é a seguinte: quanto trabalho será necessário para ir daqui até aqui? Bem, você pode pegar esse objeto e levantá-lo a uma distância de 10 metros. Conforme você está levantando objeto a uma distância de 10 metros, qual é a força que você vai ter que aplicar sobre ele? Bem, a força que você terá que aplicar será igual ao peso do objeto. O peso do objeto é igual à massa dele vezes o campo gravitacional “g”. Então, para colocá-lo nessa posição em relação ao solo, você vai ter que multiplicar o peso com a altura, que é igual a 490 joules de trabalho. Então, teremos aqui uma realização de trabalho de 490 joules para colocar o objeto nessa posição. E, ao fazer isso, teremos essa mesma quantidade de energia armazenada nele quando ele está nessa posição. E agora, com essa energia, ele pode realizar esse trabalho. Mas como isso pode acontecer? Bem, há várias maneiras de fazer isso. Por exemplo, você poderia prendê-lo a, talvez, uma polia de algum tipo e, em seguida, prendê-lo a um objeto bem aqui. Para simplificar, eu vou assumir que esse objeto tem a mesma massa. Aí, se você deixar esse primeiro objeto roxo se mover livremente, ele vai descer, e, se você assumir que essa polia está completamente sem atrito, essa massa será elevada em 10 metros. Se você tem uma massa de 5 quilogramas que é elevada em 10 metros no campo gravitacional da Terra, próxima à superfície da Terra, teremos acabado de presenciar a realização de 490 joules de trabalho. Eu espero que isso faça sentido porque você está medindo o peso do objeto e multiplicando pela altura. Esperançosamente, também faz sentido que ele tenha capacidade de realizar essa mesma quantidade de trabalho. e, claro, estamos utilizando como referência aqui a superfície da Terra. Eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho aqui o que conversei com você e, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e dizer que encontro você na próxima! Então, até lá!