Energia cinética: o que é, de onde surgiu, fórmula
A energia cinética é a energia relacionada ao movimento, logo todo corpo que se move apresenta essa energia. Trata-se de uma grandeza escalar medida em joules. No artigo a seguir, você poderá conferir mais detalhes sobre esse conceito, de onde surgiu e sua fórmula.
O que é energia cinética?
A energia cinética consiste na forma de energia presente em qualquer corpo que possui movimento. Então, podemos dizer que essa energia está relacionada à velocidade de um corpo. Ao aplicar uma força resultante não nula sobre um corpo estamos realizando trabalho sobre ele, assim ele adquire energia cinética conforme sua velocidade aumenta.
Precisamos pontuar que a energia cinética não depende apenas da velocidade de um corpo, porém, também da sua massa. Todo e qualquer tipo de corpo em movimento é dotado desse tipo de energia. Podemos calcular a energia cinética através da seguinte fórmula:
Ec = mv22
Sendo:
- EC – energia cinética (J);
- m – massa do corpo (kg);
- v – velocidade (m/s).
O que é energia cinética?
A energia cinética é um tipo de energia presente em todos os corpos em movimento. A sua unidade, segundo o SI, é o joule. A grandeza escalar dessa energia possui somente valores positivos. A energia cinética é proporcional ao quadrado da velocidade do corpo.
Então, se a velocidade de um corpo dobra, a sua energia cinética aumentará quatro vezes. Se a velocidade de um corpo triplicar, o aumento será de nove vezes. O conceito de energia cinética está diretamente relacionado ao Teorema do Trabalho.
Energia Cinética e o Teorema do Trabalho
De acordo com o teorema do trabalho e energia cinética, o trabalho realizado sobre um corpo ou partícula equivale à variação da sua energia cinética. O teorema pode ser apresentado através da equação abaixo:
τ = ∆EC
τ = EFC – E0C T = ( mv2f / 2 – mv20 / 2 )
Sendo:
- τ – trabalho (J);
- ΔEC – variação da energia cinética (J);
- ECF e EC0 – energia cinética final e inicial (J);
- m – massa (kg);
- vF e v0 – velocidade final e inicial (m/s).
Entendendo melhor o teorema do trabalho
O teorema do trabalho diz respeito a transferência de energia. Por exemplo, quando estamos empurrando um carrinho de compras, transferimos parte da nossa energia para ele. Essa energia transferida é convertida em movimento uma vez que o carrinho passa a se movimentar. Em síntese, o teorema do trabalho nos diz que:
A transferência de energia para algum sistema, através da aplicação de uma força, recebe o nome de trabalho. Por sua vez, é equivalente à mudança de energia cinética desse sistema.
Perda de energia cinética
Há dois casos em que a energia cinética de um corpo pode ser reduzida:
- Quando estocada em forma de energia potencial, elástica ou gravitacional.
- Quando há forças capazes de convertê-la em outras formas de energia como a força de atrito faz.
Então, se não existirem forças dissipativas, a energia cinética do corpo retornará para o módulo inicial. E então será convertida em energia potencial sem haver perdas.
Energia mecânica
Na dinâmica há uma grandeza chamada de energia mecânica. Essa energia mede toda a energia que tem relação com o movimento realizado por algum corpo e seu cálculo é feito pela soma da energia cinética e energia potencial.
Em sistemas conservativos em que não existem forças como o atrito, as energias cinética e potencial são intercambiáveis. Se houver acréscimos a uma das duas, a outra terá a mesma medida, de forma que a sua soma sempre será constante.
Nos sistemas dissipativos, em que existem forças aplicadas na resistência do ar, a energia potencial e a energia cinética podem sofrer reduções. Nesse caso, a diferença energética é a energia absorvida na forma de calor, ondas sonoras, vibrações, entre outras.
Podemos exemplificar através do acionamento dos freios de um veículo. Nesse caso, aplicamos uma força dissipativa nas rodas cuja energia cinética é convertida em energia térmica.
Dedução da fórmula da energia cinética
Podemos deduzir a expressão da energia cinética através da equação de Torricelli. Essa é uma das equações da cinemática que não usam o tempo (t) como uma variável. Primeiramente, devemos isolar a variável aceleração, confira abaixo:
v2F = v20 + 2a∆S
a = v2F – v20 2∆S
Na sequência, usaremos a 2ª lei de Newton, conhecida como o princípio fundamental da dinâmica. De acordo com essa lei, a força resultante sobre um corpo é igual ao produto da sua massa pela aceleração.
F – ma
F = m. (v2F – v20 2∆S)
Por fim, iremos utilizar a definição de trabalho que diz que esse pode ser calculado através do produto entre força e distância:
τ = F. ∆S
τ = m. (v2F – v20 2∆S) . ∆S
τ = m. (v2F – v20 2)
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