Energia mecânica: o que é e como calcular (com fórmula e exercícios)

A energia mecânica é a energia associada com o movimento e a posição que um corpo ocupa no espaço, e está relacionada com a capacidade desse corpo realizar trabalho.

Numericamente, ela corresponde à soma da energia cinética do corpo (E_c) com a energia potencial, que pode ser elástica (E_pe) ou gravitacional (E_pg)

Vale lembrar que, de acordo com o SI (Sistema Internacional), a unidade de medida da energia mecânica é o Joule (J).

Fórmula da energia mecânica

Para calcular a energia mecânica, utiliza-se a fórmula abaixo:

E_m = E_c + E_p

Onde:

• E_m: energia mecânica
• E_c: energia cinética
• E_p: energia potencial

Lembre que as equações das energias cinética e potencial são:

Energia Cinética: E_c = m.v² / 2

Onde:

• E_c: energia cinética
• m: massa do corpo (Kg)
• v: velocidade (m/s)

Energia potencial elástica: E_pe = k.x² / 2

Onde:

• k: constante elástica da mola ou do elástico
• x: deformação da mola ou do elástico em relação à posição de repouso, quando a mola ou elástico não está submetido à tensões.

Energia potencial gravitacional: E_pg = m.g.h

Onde:

• m: massa do corpo (Kg)
• g: aceleração da gravidade (m/s²)
• h: altura do corpo tomada em relação a um referencial (m)

Princípio da conservação da energia mecânica

Quando o sistema não possui nenhuma força dissipativa como, por exemplo o atrito, falamos que o sistema é isolado e conservativo. Nesse caso, a energia mecânica do sistema é conservada e constante.

Nesses sistemas as energias cinética e potencial podem intercambiar entre si, mas de forma que a soma das duas não muda, ou seja, permaneça constante no tempo.

Um exemplo simples que ilustra a transformação da energia potencial em energia cinética é a queda de um corpo.

Durante a queda, a energia potencial gravitacional diminui porque a altura do corpo (h) diminui mas, por outro lado, a energia cinética do corpo aumenta porque a velocidade do corpo aumenta. Se não existe resistência do ar ou se ela for tão pequena que pode ser desprezada, a soma da energia potencial gravitacional com a energia cinética desse corpo que cai será constante.

Em sistemas conservativos ⇔ E_mecânica = E_cinética + E_potencial = constante

Exercícios resolvidos

Para compreender melhor a energia mecânica, resolva os exercícios abaixo e depois confira a resolução:

1. (UEM-2012, adaptada) Sobre a energia mecânica e a conservação de energia, assinale a alternativa incorreta.

a) Denomina-se energia cinética a energia que um corpo possui, por este estar em movimento.
b) Pode-se denominar de energia potencial gravitacional a energia que um corpo possui por se situar a uma certa altura acima do solo.
c) A energia mecânica total de um corpo é conservada mesmo com a atuação de forças dissipativas no sistema, como o atrito.
d) A energia total do universo é sempre constante, podendo ser transformada de uma forma para outra; entretanto, não pode ser criada e nem destruída.
e) Quando um corpo possui energia cinética, ele é capaz de realizar trabalho.

2. (UFSM-2013, adaptada) Um ônibus de massa m se desloca em uma estrada construída na encosta de uma montanha, descendo uma altura h.

O motorista mantém os freios acionados, de modo que a velocidade é mantida constante em módulo durante todo o trajeto.

Analise cada uma das afirmativas como verdadeira (V) ou falsa (F), e depois marque a alternativa correta.

I. A variação da energia cinética do ônibus é nula.
II. A energia mecânica do sistema ônibus se conserva, pois a velocidade do ônibus é constante.
III. A energia total do sistema ônibus - Terra se conserva, embora parte da energia mecânica se transforme em energia interna na forma de calor.

A sequência correta é:

a) V, V, F
b) V, F, V
c) F, F, V
d) V, V, V
e) F, F, V

3. (Enem-2012) Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás.

Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial.

O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em:

a) um dínamo.
b) um freio de automóvel.
c) um motor a combustão.
d) uma usina hidroelétrica.
e) uma atiradeira (do tipo estilingue).

Curiosidade

Existe outros tipos de energia potencial como, por exemplo, a elétrica que é fruto das oscilações dos átomos prótons ou elétrons em torno de suas posições de equilíbrio.

Pratique mais com: Exercícios sobre energia mecânica (com gabarito explicado

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