O que é energia?

Não há uma definição exata para energia, mas podemos dizer que ela está associada à capacidade de produção de ação e/ou movimento e manifesta-se de muitas formas diferentes, como movimento de corpos, calor, eletricidade etc.

Segundo o Princípio de Lavoisier, a energia não pode surgir do nada e nem pode ser destruída. A única possibilidade que existe é a transformação de um tipo de energia em outro, como a energia da queda d´água nas hidrelétricas que é convertida em energia elétrica.

Em física, a lei ou princípio da conservação de energia estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante. Tal princípio está intimamente ligado com a própria definição da energia.

Um modo informal de enunciar essa lei é dizer que energia não pode ser criada nem destruída: a energia pode apenas transformar-se de um tipo a outro(s).

• Energia renovável e não renovável

Os tipos de energia provenientes de fontes finitas (fontes de energia que terão um fim) são denominados de energias não renováveis. Esse é o caso da energia gerada a partir dos combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão. Já a energia gerada a partir de fontes que possuem capacidade de reposição natural são denominadas de energias renováveis ou limpas. Esse é o caso da energia proveniente da luz do sol e da energia oriunda da força dos ventos (energia eólica).

De onde a energia vem?

Ao acordar todas as manhãs, podemos ver e sentir a maior fonte de energia para o planeta Terra: o sol! O sol faz a água do mar e dos rios evaporar e formar as nuvens de chuva. Ao aquecer a Terra, ajuda a formar os ventos. As plantas utilizam o sol para crescer. O ser humano pode utilizar diretamente o sol como fonte de energia ou utilizar outras fontes de energia influenciadas pelo sol.

Para entender o que é energia, vamos conhecer as várias outras formas em que ela está presente na natureza e como podemos utilizá-la.

Como o ser humano utiliza energia?

O fogo foi a primeira forma de energia dominada pela humanidade. Com o fogo, o ser humano aprendeu a espantar animais selvagens, cozinhar alimentos e fazer ferramentas e utensílios para o uso em sua jornada pela Terra.

Os primeiros utensílios feitos com o uso do fogo foram panelas e jarros de barro cozido, que facilitaram a vida do ser humano. Posteriormente, começou a utilizar o fogo para fundir metais e fazer lanças, flechas, espadas e outros instrumentos mais elaborados.

Outra forma de energia utilizada pela humanidade foi o movimento dos fluidos, como a água dos rios e o vento. Ainda existem no Brasil e em outras partes do mundo as rodas d’água e os monjolos, que utilizam a energia das águas para trituração de grãos.

Os moinhos de vento também serviram para moer grãos, como o trigo, para fazer alimentos e hoje em dia servem principalmente para bombear água para locais mais altos.

Utilizar a energia dos animais domesticados ajudou o ser humano a preparar a terra para cultivar alimentos, transportar cargas pesadas e ainda, se deslocar com maior velocidade.

Hoje convivemos com várias formas de energia, que utilizamos na nossa vida diária. Na sua casa tem a geladeira, a televisão, as lâmpadas, o seu brinquedo a pilha – todos precisam de energia para funcionar. Uma pipa no ar está utilizando a energia do vento, uma panela no fogão cozinhando alimentos está utilizando a energia do fogo, uma criança correndo está usando a energia dos alimentos que ela ingeriu e a televisão usa energia elétrica para que possamos assistir a nossos filmes e desenhos favoritos. Portanto, atenção ao seu dia a dia: você mesmo poderá descobrir outras formas de utilização da energia. Quando tomamos banho quente, também usamos energia para aquecer a água, seja a eletricidade para o chuveiro elétrico, o gás natural do aquecedor ou a energia do sol captada por painéis no telhado.

Todos os carros precisam de energia para funcionar. O ônibus, o transporte escolar, o navio, o avião, todos precisam de uma forma de energia. Essa energia vem dos combustíveis (leia mais em O que são combustíveis).

Talvez você já tenha visto um carro sendo abastecido com gasolina, álcool (etanol) ou mesmo gás (GNV – Gás Natural Veicular) num posto de combustíveis.

Ah! A sua bicicleta também precisa de energia: a sua energia, que você obtém dos alimentos.

Observando todos esses tipos de energia a nossa volta, podemos agora entender o conceito de energia do dicionário: “energia é a capacidade de um sistema de realizar trabalho”. “Trabalho” significa deslocar, rodar, transformar. A Ciência nos ensina que a energia existe em grande quantidade no universo e que ela não aumenta nem diminui, mas passa por muitas transformações.

Então, a energia é muito importante para a nossa sobrevivência e conforto e é parte da história da humanidade, que ao longo dos tempos vem aprimorando as formas de transformá-la e utilizá-la a seu favor. Mas nesses processos de transformação de energia, quase sempre causamos algum impacto ambiental, ou seja, prejudicamos a flora, a fauna ou pessoas, produzimos resíduos (lixo) ou corremos o risco de esgotar um recurso natural (acabar com florestas, por exemplo). Por isso, nós temos a responsabilidade de cuidar para que a energia não seja mal utilizada ou desperdiçada.

Principais formas de energia

Energia cinética: É a energia associada ao movimento dos corpos. Quanto maior for a velocidade em que um corpo movimenta-se, maior será a sua energia cinética.

A equação abaixo define matematicamente a energia cinética. Na equação, m é a massa do elemento que se movimenta e v é a sua velocidade.

Ec = m.v²
         2

Energia potencial: A energia armazenada em virtude da posição de um corpo em relação à superfície é denominada de energia potencial gravitacional. Quanto mais alto estiver um objeto em relação ao solo, maior será a sua velocidade ao chegar ao chão caso ele inicie uma queda. Matematicamente, a energia potencial gravitacional é dada pelo produto entre a massa do corpo, a altura e a gravidade.Não pare agora… Tem mais depois da publicidade 😉

Epg = m.g.h

Quando a energia potencial estiver associada à deformação de um material elástico, ela será chamada de energia potencial elástica, e seu cálculo dependerá da deformação (x) causada no material e de uma constante (k) que determina a elasticidade do material.

Epe = k.x²
           2

Energia térmica (Calor): O calor é a energia térmica associada à energia cinética das moléculas que compõem um elemento. A manifestação do calor só ocorrerá caso exista diferença de temperatura entre dois corpos.

Energia química: É a energia liberada ou formada a partir de reações químicas, como a energia produzida por pilhas e baterias.

Energia solar: É a energia proveniente da luz do sol. Essa forma de energia pode ser aproveitada na geração de energia elétrica por meio de placas fotovoltaicas, por exemplo.

Energia eólica: É a energia proveniente do movimento das massas de ar. Pode-se aproveitar a força dos ventos para girar hélices e turbinas na produção de energia elétrica.

Energia nuclear:É a energia obtida a partir do fenômeno da fissão nuclear, em que ocorre a divisão do núcleo de um átomo, gerando a liberação de uma grande quantidade de energia.

Exercícios básicos

Exercício 1:
Qual é a energia cinética de um carro de massa 800 kg e que se desloca com velocidade constante de 72 km/h?

Resolução:

Exercício 1: resolução

E_c = m.v²/2 => E_c = 800.(20)²/2 => E_c = 1,6.10⁵ J

Exercício 2:
Um corpo possui, num certo instante t₁, velocidade v e energia cinética igual a 20 J. Num instante posterior t₂ sua velocidade passa a ser 2v. Determine:
a) a energia cinética do corpo no instante t₂;
b) o trabalho da força resultante que age no corpo entre os instantes t₁ e t₂.

Resolução: a) E_c1 = m.v²/2 = 20 J; E_c2 = m.(2v)²/2 => E_c2 = 4.m.v²/2 =>
E_c2 = 4.E_c1 = 80 J
 
b) τ_R = E_c2 – E_c1 => τ_R = 60 J

Respostas: a) 80 J; b) 60 J

Exercício 3:
Uma partícula, de massa m = 200 g, é lançada obliquamente do solo com velocidade de intensidade v₀ = 20 m/s, formando com a horizontal um ângulo θ = 60º. Determine a energia cinética da partícula no instante em que atinge a altura máxima.

Resolução:

No ponto de altura máxima a velocidade da partícula é:v_x
v = v_x = v₀.cos 60° => v = 20.0,5 => v = 10 m/s 
E_c = m.v²/2 => E_c = 0,2.(10)²/2 => E_c = 10 J

Resposta: 10 J

Exercício 4:
Sob ação de uma força vertical de intensidade F = 15 N, um bloco de peso P = 10 N é levado, a partir do repouso, do solo até uma posição de altura h = 1,6 m, onde chega com velocidade v. Determine v.
É dado g = 10 m/s².

Resolução:

Teorema da energia cinética:

τ_R = ΔE_c => τ_F + τ_P = m.v²/2 – 0 => F.h – P.h = m.v²/2 =>
15.1,6 – 10.1,6 = 1,0.v²/2 => v = 4,0 m/s

Resposta: 4,0 m/s

Exercício 5:
O plano inclinado da figura possui 30 m de comprimento e 2,0 m de altura. Um pequeno bloco de massa m = 1,0 kg parte do repouso do ponto A e atinge o ponto B com velocidade v = 4,0 m/s.
Sendo g = 10 m/s², determine:
a) o trabalho da força de atrito entre o corpo e o plano;
b) a intensidade da força de atrito. 

Resolução: 

a) Teorema da energia cinética

τ_R = ΔE_c => τ_Fat + τ_P + τ_FN = m.v²/2 – 0 =>
τ_Fat + m.g.h + 0 = m.v²/2 => 
τ_Fat + 1,0.10.2,0 + 0 = 1,0.(4,0)²/2 => τ_Fat = -12 J

b) τ_Fat = -F_at.d => -12 = -F_at.30 => F_at = 0,4 N

Respostas: a) -12 J; b) 0,4 N

Exercícios de Revisão

Revisão/Ex 1:
(AFA-SP)
Um corpo de massa m = 2,0 kg e velocidade inicial v₀ = 2,0 m/s desloca-se por 3,0 m em linha reta e adquire velocidade final de 3,0 m/s. O₂trabalho realizado pela resultante das forças que atuam sobre o corpo e₂a força resultante valem respectivamente:

a) 0,0 J; 0,0 N.
b) 1,0 J; 1,7 N.
c) 1,6 J; 5,0 N.
d) 5,0 J; 1,7 N.

Resolução:

Teorema da energia cinética: 
 
τ_R = ΔE_c = m.v²/2 – m.(v₀)²/2  =>
τ_R = 2,0.(3,0)²/2 – 2,0.(2,0)²/2 => τ_R = 5,0 J

Definição de trabalho:

τ_R = F_R.d => 5,0 = F_R.3,0 =>  F_R ≅ 1,7 N 

Resposta: d

Revisão/Ex 2:
(FURG-RS)
Um ponto material de massa 2 kg encontra-se em repouso sobre uma superfície plana, horizontal e sem atrito. Em determinado instante, uma força horizontal passa a atuar sobre ele. Esta força mantém sempre a mesma direção. Se o gráfico da figura representa a intensidade desta força em função da posição d do ponto material, qual o valor da sua velocidade quando d = 4 m?

a) 8 m/s.
b) 10 m/s.
c) 18 m/s.
d) 64 m/s.
e) 72 m/s.

Resolução:

τ_R = A_trapézio + A_retângulo (numericamente)
τ_R = (10+18).2/2 + 2.18 => τ_R = 64 J

Teorema da energia cinética:
 
τ_R = ΔE_c = m.v²/2 – m.(v₀)²/2 => 64 = 2.v²/2 – 0 => v = 8 m/s

Resposta: a

Revisão/Ex 3:
(Vunesp)
Uma pedra é lançada por um garoto segundo uma direção que forma ângulo de 60° com a horizontal e com energia cinética inicial E. Sabendo que cos 60° = 1/2 e supondo que a pedra esteja sujeita exclusivamente à ação da gravidade, o valor de sua energia cinética no ponto mais alto da trajetória vale:

a) zero.
b) E/4
c) E/2
d) 3E/4
e) E

Resolução: No ponto mais alto da trajetória a velocidade é dada por: v = v₀.cos 60º = v₀/2 onde v₀ é a velocidade inicial da pedra.
Sendo E = m.(v₀)²/2 e E’ = m.(v₀/2)²/2, vem: E’ = E/4

Resposta: b

Revisão/Ex 4:
(UFC-CE)
Um bloco de massa m = 2,0 kg é liberado do repouso, no alto de um edifício de 130 metros de altura. Após cair 120 metros, o bloco atinge sua velocidade terminal, de 20 m/s, por causa da resistência do ar. Use g = 10 m/s² para a aceleração da gravidade. Determine:

a) o trabalho realizado pela força devida à resistência do ar ao longo dos primeiros 120 metros de queda.
b) o trabalho total realizado sobre o bloco nos últimos 10 metros de queda.

Resolução:

a) Teorema da energia cinética:

τ_R = ΔE_c = m.v²/2 – m.(v₀)²/2 => τ_P + τ_Fat = m.v²/2 – 0 =>
m.g.h + τ_Fat = m.v²/2 – 0 =>
2,0.10.120 + τ_Fat = 2,0.20²/2 => τ_Fat = -2,0.10³ J

b) Nos últimos 10 m o trabalho da resultante é nulo pois não há variação de energia cinética.

Respostas:

a) -2,0.10³J.
b) nulo 

Revisão/Ex 5:
(Mackenzie)
Um aluno observa em certo instante um bloco com velocidade de 5 m/s sobre uma superfície plana e horizontal. Esse bloco desliza sobre essa superfície e para após percorrer 5 m. Sendo g = 10 m/s², o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superfície é

a) 0,75      b) 0,60      c) 0,45      d) 0,37      e) 0,25

Resolução: resolução

τ_R = ΔE_c  = m.v²/2 – m.(v₀)²/2  => τ_Fat = 0 – m.(v₀)² => -F_at.d = -m.(v₀)²/2 =>
μ.m.g.d = m.(v₀)²/2 => μ = (v₀)²/2.g.d => μ = 5²/2.10.5 => μ = 0,25

Resposta: e

Postado por Professor Nicolau