Planejativo

Energia mecânica, potência e rendimento

Ordem de grandeza

Vetores

Leis de Newton

Força elástica

Estática de um ponto material

Estática de um corpo extenso e Centro de massa

Máquinas simples (polias)

Dinâmica do movimento circular

Trabalho

Impulso e quantidade de movimento

Colisões

Movimento Harmônico Simples (MHS): Cinemática do MHS

Movimento harmônico simples (MHS): Sistema massa-mola e Pêndulo simples

Leis de Kepler

Lei da Gravitação Universal

Velocidade orbital e Velocidade de escape

Densidade, pressão e Teorema de Stevin

Experiência de Torricelli, Teorema de Pascal, Prensa hidráulica

Princípio de Arquimedes

Movimento uniforme

Movimento variado

Lançamento vertical e Queda livre

Lançamento horizontal

Movimento circular

Sistemas de unidades

Movimento harmônico simples (MHS): Movimentos periódicos

Lançamento oblíquo

Força de atrito

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

das principais energias mecânicas. Fonte: 

Energia é a capacidade de realizar trabalho, ou seja, a propriedade que permite a um objeto ou sistema produzir uma mudança em si mesmo ou em seu ambiente. Trabalho, por sua vez, é a quantidade de energia transferida para um objeto quando uma força é aplicada sobre ele e causa seu deslocamento. Essa transferência de energia ocorre na direção e sentido da força aplicada e é mensurada em joules (J).

Energia mecânica é uma forma de energia associada ao movimento e à posição de um objeto. Ela é uma combinação de duas principais formas de energia: energia cinética e energia potencial. A energia mecânica total de um objeto é a soma desses dois tipos de energia.

Estudar esses principais tipos de energia mecânica é fundamental para compreender a relação entre o movimento e a posição dos objetos em diversos contextos, desde sistemas mecânicos simples até fenômenos complexos na física, engenharia e outras áreas da ciência.

Energia cinética é a energia que um objeto possui devido ao seu movimento. Ela está diretamente relacionada à massa do objeto e à velocidade com que ele se desloca. Quanto maior a massa e a velocidade do objeto, maior será sua energia cinética.

A fórmula para calcular a energia cinética é:

Onde: Ec = energia cinética m = massa do objeto (em quilogramas) v = velocidade do objeto (em metros por segundo)

A energia cinética é medida em joules (J) e é um conceito fundamental para entender a relação entre o movimento e a energia em diversos contextos, como a análise de sistemas mecânicos, colisões e transformações de energia.

Imagine um skatista no topo de uma rampa de skate. A energia potencial é uma forma de energia armazenada que está relacionada à posição do skatista em relação à altura da rampa. Quando o skatista está no ponto mais alto da rampa, sua energia potencial é máxima. Isso ocorre porque ele está na posição mais elevada em relação ao solo e tem mais "potencial" para se mover sob a ação da força da gravidade.

Pense na energia potencial como uma espécie de "reserva" de energia que pode ser convertida em energia cinética (energia do movimento) quando o skatista começa a descer a rampa. À medida que o skatista desce, sua energia potencial diminui, e essa energia é transformada em energia cinética, fazendo com que ele ganhe velocidade.

Em resumo, a energia potencial é uma forma de energia armazenada que depende da posição e da altura do skatista na rampa de skate. Quando o skatista muda sua posição ao longo da rampa, sua energia potencial é convertida em energia cinética, permitindo que ele se mova e ganhe velocidade.

No topo, a energia potencial gravitacional do rapaz é máxima. Fonte: 

Quando um objeto está suspenso acima do chão devido à atração gravitacional da Terra, ele possui energia potencial gravitacional. Imagine um livro suspenso no ar, preso por uma corda. Se a corda for cortada, o livro cairá em queda livre. A quantidade de energia potencial gravitacional que o livro possui depende de sua altura em relação ao solo, sua massa e a força da gravidade no local.

Podemos calcular a energia potencial gravitacional usando a fórmula:

 = energia potencial gravitacional m = massa do objeto (por exemplo, a massa do livro) g = aceleração da gravidade no local (aproximadamente 9,81 m/s² na superfície da Terra) h = altura do objeto em relação ao solo (a distância do livro ao chão)

Por exemplo, se temos um livro de 1 kg suspenso a 2 metros acima do solo, a energia potencial gravitacional do livro pode ser calculada como:

 = 1 kg × 9,81 m/s² × 2 m = 19,62 joules

Nesse caso, o livro possui 19,62 joules de energia potencial gravitacional devido à sua posição em relação ao solo e à força da gravidade atuando sobre ele.

Esticada, a energia potencial elástica da corda é máxima. Fonte: 

Energia potencial elástica é a energia armazenada em um objeto que pode ser esticado ou comprimido, como uma mola. Imagine um brinquedo de carro com uma mola no interior. Quando você puxa o carro para trás, a mola dentro dele é comprimida, armazenando energia potencial elástica. Essa energia tem origem na força que a mola exerce sobre o carro.

Quando soltamos o carro, a mola se estica, liberando a energia potencial elástica armazenada. Essa energia é convertida em energia cinética, fazendo com que o carro se mova para frente. A quantidade de energia potencial elástica depende da rigidez da mola e do quanto ela foi esticada ou comprimida.

A fórmula para calcular a energia potencial elástica é:

 = energia potencial elástica k = constante elástica da mola (medida em newtons por metro) x = deslocamento da mola (em metros)

Nesse exemplo, a energia potencial elástica do brinquedo de carro nos ajuda a entender como a energia é armazenada e liberada quando uma mola é comprimida e esticada, permitindo que o carro se mova.

A conservação da energia mecânica é um princípio fundamental da física que afirma que, em um sistema isolado onde apenas forças conservativas atuam, a energia mecânica total se mantém constante ao longo do tempo. A energia mecânica é a soma da energia cinética e das energias potenciais (como a energia potencial gravitacional e a energia potencial elástica).

Em outras palavras, a energia mecânica total de um sistema isolado não muda, embora possa haver transformações entre diferentes tipos de energia. Por exemplo, quando um objeto cai em queda livre, sua energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética, mas a energia mecânica total permanece constante.

Vale lembrar que esse princípio é válido apenas quando não há forças não conservativas, como a resistência do ar ou o atrito, atuando sobre o sistema. Caso essas forças estejam presentes, a energia mecânica total do sistema não será conservada, já que parte da energia será dissipada na forma de calor ou som, por exemplo.

A conservação da energia mecânica é uma ferramenta importante para analisar e prever o comportamento de sistemas mecânicos em diversos contextos, desde a física básica até aplicações práticas em engenharia e tecnologia.

O teorema trabalho-energia é um princípio fundamental da física que estabelece a relação entre o trabalho realizado sobre um objeto e a variação de sua energia cinética. Esse teorema nos ajuda a entender como a energia é transferida entre os sistemas e como o trabalho afeta o movimento de um objeto.

De acordo com o teorema trabalho-energia, o trabalho total realizado sobre um objeto é igual à mudança na sua energia cinética. Em outras palavras, se aplicamos uma força em um objeto e ele se desloca, a quantidade de energia cinética que o objeto ganha ou perde é igual ao trabalho realizado pela força aplicada.

A fórmula do teorema trabalho-energia é:

Um belo mapa mental com alguns conceitos que iremos explorar sobre potência e rendimento. Fonte: 

Potência e rendimento são conceitos importantes na física e engenharia, que nos ajudam a entender e avaliar o desempenho de máquinas e sistemas.

A potência é um conceito fundamental para avaliar o desempenho de motores, geradores e outras máquinas que convertem energia de uma forma para outra.

Potência é um conceito físico que se refere à quantidade de trabalho realizado ou à energia transferida por unidade de tempo. Ela indica a rapidez com que um sistema pode realizar trabalho ou converter energia de uma forma para outra. A potência está diretamente relacionada ao trabalho, uma vez que representa a taxa na qual o trabalho é feito.

A potência pode ser dividida em dois tipos: potência média e potência instantânea.

Onde: P = potência média (em watts) T = trabalho realizado (em joules) Δt = intervalo de tempo (em segundos)

Δt – intervalo de tempo infinitesimal (s)

Em resumo, a potência é uma medida da rapidez com que um sistema realiza trabalho ou transfere energia. A potência média nos fornece uma visão geral do desempenho do sistema em um período de tempo, enquanto a potência instantânea nos mostra o desempenho exato em um instante específico. Ambos os conceitos são úteis para avaliar e otimizar o desempenho de máquinas e sistemas mecânicos.

Rendimento é uma medida da eficiência de um sistema ou processo, expressando a proporção da energia útil ou trabalho realizado em relação à energia total fornecida ao sistema. O rendimento é um indicador de quão efetivamente um sistema converte a energia disponível em trabalho útil ou energia desejada. Ele é adimensional, o que significa que não possui uma unidade específica, e geralmente é expresso como uma porcentagem.

Para calcular o rendimento de um sistema, basta dividir a energia útil ou o trabalho realizado pela energia total fornecida e, em seguida, multiplicar por 100 para expressar o valor como porcentagem:

O rendimento varia de 0 a 100%, onde 0% indica que nenhuma energia fornecida é convertida em trabalho útil e 100% indica que toda a energia fornecida é convertida em trabalho útil. Na prática, nenhum sistema pode ter um rendimento de 100%, pois sempre há perdas de energia devido a fatores como atrito, resistência ao ar ou outras formas de dissipação de energia.

A análise do rendimento é crucial para avaliar a eficiência de máquinas, processos industriais e sistemas de energia. Ao compreender o rendimento de um sistema, é possível identificar oportunidades para minimizar as perdas de energia e melhorar seu desempenho geral, contribuindo para a sustentabilidade e a eficiência energética.