Energia

Física

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Energia é uma palavra usada nos mais variados contextos, no entanto, no âmbito da Física, designa a capacidade de realizar trabalho. A energia é expressa em muitas formas – cinética, potencial, química, entre outras –, mas, essencialmente, trata-se de uma grandeza física abstrata, relacionada com o movimento e que não pode ser criada ou destruída, mas somente transformada, mediante a aplicação de uma força.

Veja também: Forças fundamentais da natureza

Energia na Física

A energia é um conceito bastante complexo e, apesar de falarmos sobre ela o tempo todo, não a compreendemos formalmente, uma vez que a definição de energia envolve outro conceito físico: trabalho. Teoricamente e de forma simplificada, o trabalho é toda ação que é feita contra uma força, como a força gravitacional.

O conhecimento sobre a energia é muito vasto e engloba diversas áreas do conhecimento. Essa interdisciplinaridade pode ser percebida quando analisamos a ação simples de agirmos contra a gravidade.

Quando agachamos e levantamos uma caixa do chão, estamos transformando energia. Essa energia, que foi transferida para a caixa em forma de energia potencial gravitacional, foi exercida por uma força externa, gerada a partir da contração de um grande número de fibras musculares. Essa contração ocorre quando há passagem de corrente elétrica, que é originada em células especializadas. Essas células, por sua vez, só conseguem produzir corrente quando obtêm energia das ligações químicas presentes nos alimentos, que, quando rompidas, liberam calorias.

Diante da complexidade da energia, nos limitaremos ao que é energia para a Física: Energia é uma grandeza física escalar, cuja unidade de medida, de acordo com o SI, é o joule. A energia é definida a partir do trabalho. Quando exercemos trabalho sobre um corpo, esse corpo está trocando energia conosco. O trabalho é, portanto, a transformação ou transferência da energia que ocorre a um corpo que é submetido a aplicação de uma força externa.

A energia é definida como a capacidade de realizar trabalho.
A energia é definida como a capacidade de realizar trabalho.

O trabalho de uma força de módulo constante pode ser calculado como um produto interno entre força e distância. Trata-se, portanto, da projeção da força sobre a distância, ou seja, no trabalho, só se leva em conta a distância que é percorrida na direção da força. Veja a seguir a fórmula usada para o cálculo do trabalho:

τ – trabalho (J – joule)

F – força (N – newton)

d – distância (m – metro)

θ – ângulo entre força e distância

Quando um trabalho é exercido sobre um corpo, esse corpo sofre acréscimos ou decréscimos na quantidade de energia nele contida, e isso se manifesta como variações de energia cinética ou potencial. Lembre-se de que, como foi dito, o trabalho consiste em uma forma de se transferir energia, logo, essa energia não foi criada, mas transformada.

Veja também: Trabalho: conceito e formas de determiná-lo

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Quais são os tipos de energia?

Uma vez que existem diversas forças na natureza, também existem muitas formas de energia, mas todas têm relação direta com o movimento. Confira alguns exemplos de formas de energia:

  • Energia cinética: é a energia associada ao movimento, tudo que se move e tem massa apresenta energia cinética. Essa energia é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade em que os corpos se movem.

  • Energia potencial: é aquela que depende da posição do corpo. Existem muitas formas de energia potencial, como a energia potencial gravitacional, a energia potencial elétrica, a energia potencial elástica, entre outras.

  • Energia mecânica: é a soma da energia cinética com as energias potenciais de qualquer sistema físico. Nos sistemas físicos conservativos nos quais não há atrito, a energia mecânica é conservada.

  • Energia térmica: é aquela contida em corpos que estejam acima da temperatura do zero absoluto. Quando a energia térmica é transferida entre corpos, ela passa a ser chamada de calor.

  • Energia química: é a forma de energia encontrada nas ligações químicas e pode ser obtida a partir da queima dos combustíveis, como gasolina, álcool etc. Fundamentalmente, trata-se de uma energia de natureza elétrica, já que as ligações químicas resultam de interações elétricas.

  • Energia elétrica: a energia potencial elétrica, conhecida simplesmente como energia elétrica, é aquela que se obtém a partir da interação entre cargas elétricas, separadas a uma certa distância uma das outras.

  • Energia nuclear: é a energia que é obtida a partir da fissão dos núcleos atômicos. Essa energia resulta da interação entre prótons e nêutrons, que são atraídos por um tipo de força fundamental da natureza conhecido como força nuclear forte. Saiba mais sobre o assunto acessando nosso artigo: Física nuclear.

Veja também: Sete dicas de “ouro” para um estudo da Física mais efetivo

Fórmulas de energia

Existem fórmulas que são usadas para calcular cada uma das diferentes formas de energia. Vamos conferir quais são elas e o que significa cada uma de suas variáveis:

Fórmula da energia cinética

A fórmula da energia cinética é tal que essa energia equivale ao produto entre a massa e o quadrado da velocidade dividido por 2, como mostramos a seguir:

m – massa (kg)

v – velocidade (m/s)

Fórmula da energia potencial gravitacional

A fórmula da energia potencial gravitacional estabelece que essa forma de energia potencial é igual ao produto entre três grandezas: massa, aceleração da gravidade e altura:

Fórmula da energia potencial elástica

A fórmula da energia potencial elástica é igual ao produto entre a constante elástica e o quadrado da deformação da mola dividido por 2. Observe:

k – constante elástica (N/m)

x – deformação da mola (m)

Fórmula da energia potencial elétrica

A fórmula da energia potencial elétrica é igual ao produto entre três grandezas (o módulo das duas cargas elétricas, Q1 e Q2, e uma constante de proporcionalidade, k0) dividido pela distância entre as cargas:

k0 – constante eletrostática do vácuo (Nm²/C²)

Q1 e Q2 – módulos das cargas elétricas

d – distância (m)

 

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Energia"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia.htm. Acesso em 26 de novembro de 2020.