Energia Mecânica

          Revisão Bibliográfica:

            Segundo Ferraro e Soares,  1991, associamos energia a movimento. Um corpo em movimento possui energia, tal energia é denominada energia cinética. Mesmo estando em repouso, um corpo pode possuir energia apenas em função da posição que ele ocupa e denominamos essa energia de energia potencial gravitacional. Cada forma de energia relaciona-se com a realização de trabalho. É possível dizer, então, que o trabalho é uma medida de energia transferida ou transformada , portanto, a unidade de energia é a mesma de trabalho: o joule ( J), no SI.

            Princípio da Conservação da Energia Mecânica:

            Entre os tipos de energia há uma constante transformação. Num corpo que cai, numa mola comprimida, há conversão de energia potencial em energia cinética. Na transformação energética não há criação ou destruição de energia. Há somente uma mudança no estado de manifestar-se, então, o total de energia existente antes da transformação é igual ao total de energia obtido após a transformação.

            Desprezando-se as forças dissipativas, como atritos e resistência do ar, um corpo, durante seu movimento, temos a figura 1:

            Energia Cinética (Ec):

            Segundo Kahuzito, Fuke e Carlos, 1993, para que um corpo esteja em movimento em relação a um dado referencial é preciso que haja uma forma de energia denominada energia cinética. Sendo m a massa do corpo e v a velocidade num dado instante, a energia cinética é dada pela seguinte expressão:

            Observe que, a energia cinética de um corpo de massa m varia na razão direta do quadrado de sua velocidade.

            Energia Potencial Gravitacional (Epg):

            Segundo Ferraro e Soares, 1991, a energia associada a um corpo em função de sua posição é denominada energia potencial (Ep). Essa energia está relacionada a trabalhos que independem da trajetória descrita, como o da força peso (Ƭ = m.g.h).

            A energia associada à sua posição em relação à Terra, ainda não transformada na forma útil, denominamos energia potencial gravitacional, que, é medida pelo trabalho realizado pelo peso, na qual temos a expressão:

            É importante acentuar que a energia potencial gravitacional depende do nível de referência a partir do qual é medida a altura h.

           

            Atrito

            Segundo Kahuzito, Fuke e Carlos, 1993, as superfícies dos corpos, por mais polidas que possam parecer, apresentam rugosidades quando analisada microscopicamente. Em consequência, se duas superfícies em contato, que se comprimem, apresentam tendência a moverem-se uma em relação a outra, surge então a Força de Atrito (Fat).

            Enquanto as superfícies não entram em movimento relativo, o atrito é estático. Quando deixam o estado de repouso relativo, o atrito passa a ser dinâmico ou cinético.

            A força de atrito é uma força tangencial à trajetória e tem sempre o sentido oposto ao movimento (ou à tendência de movimento).

            Segundo Ferraro, Soares e Ramalho, 2002, quando há movimento, demonstra-se que a intensidade da força de atrito, dentro de uma boa aproximação, é proporcional à intensidade da força normal:

onde µ é uma constante de proporcionalidade denominada Coeficiente de atrito, neste caso, dinâmico.

            A força normal é uma força de reação que a superfície faz em um corpo que esteja em contato com esta, essa força é normal à superfície. Um corpo qualquer ao entrar em contato com a superfície de outro e a comprimi-la aplicará uma força nessa superfície e de acordo com a 3ª Lei de Newton haverá um reação que é exatamente a força normal.

            A força de atrito tem intensidade igual à da força solicitador F enquanto não houver movimento. Se F continuar crescendo, a força de atrito tende a crescer até atingir seu valor máximo e o corpo ficará na iminência de movimento.

Então, a máxima intensidade da força de atrito estático, e que corresponde à iminência de movimento, é dada por:

onde µ é uma constante de proporcionalidade chamada Coeficiente de atrito, neste caso, estático.

           

            Força de Resistência do Ar

            Analisando-se, especificamente, a força de resistência do ar (Rar) oferecida contra corpos em movimento, conclui-se experimentalmente que sua intensidade é proporcional ao quadrado da velocidade do corpo, temos então:

onde C = constante de proporcionalidade, que depende da forma do corpo e da maior área da seção transversal do corpo perpendicular à direção do movimento.

Bibliografia:
- FERRARO, N. G. e SOARES, P. A. de T. Aulas de física 1: mecânica. 17.ed. São Paulo: Atual, 1991.

- RAMALHO, F. J.; FERRARO, N. G. e SOARES, P. A. de T. Os Fundamentos da Física 1: mecânica. 7.ed. São Paulo: Moderna, 1999.

- YAKAMOTO, K. FUKE, L. F. e SHIGEKIYO, C. T. Os Alicerces da Física: mecânica. 6.ed. São Paulo: Saraiva, 1993.