Energia cinética;

Energia potencial;

Energia mecânica;

Princípio da conservação da Energia mecânica;

Transformações da energia mecânica.

 

Este roteiro aborda o tema Energia Mecânica e seu princípio de conservação, tratando também de sua dissipação por forças de atrito. Energia mecânica é um dos conceitos mais fundamentais da Física e da ciência de maneira geral, bem como seu princípio de conservação, além de estar presente na maioria das situações do nosso cotidiano. Esperamos que com esse roteiro os alunos compreendam o conceito de energia mecânica, seu princípio de conservação e suas transformações.

 

 

Antes de iniciar as atividades, consulte os links sugeridos na área Para organizar o Trabalho e Saber Mais.

 

O professor pode utilizar o vídeo “Energia”, disponível na seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais” como motivação para as explicações dadas a seguir. O texto abaixo é um resumo rápido sobre a energia cinética, potencial gravitacional e mecânica, e pode servir como um guia para a aula expositiva (que também pode ser transformada em um vídeo ou, pelo menos, apresentada com o auxílio de um projetor multimídia na forma de slides).

 

 

 

Onde:  m = massa do corpo

        v = velocidade escalar do corpo

 

De forma semelhante, para fazermos um corpo parar precisamos tirar dele essa energia cinética, transformando-a em outra forma de energia pois, como já sabemos, a energia não pode ser criada e nem destruída, apenas transformada. É por essa razão que os freios de um automóvel se aquecem quando freamos, pois a energia cinética do automóvel se transforma em energia térmica.

 

Em alguns casos, no entanto, podemos fazer um automóvel parar sem freá-lo. Isso acontece quando subimos uma ladeira sem acelerar, por exemplo. Nesse caso a energia cinética se transforma em outro tipo de energia associada não ao movimento, mas à possibilidade de movimento: a energia potencial gravitacional.

 

Onde: m = massa do corpo

        g = aceleração da gravidade terrestre (aproximadamente 10 m/s2)

        h = altura do corpo em relação a um dado referencial

 

Da mesma forma como podemos transformar a energia cinética do automóvel em energia potencial gravitacional, também podemos fazer o contrário. Isso acontece, por exemplo, quando o automóvel desce a ladeira. Nesse caso a energia potencial gravitacional vai se transformando em energia cinética à medida em que o automóvel vai perdendo altura e ganhando velocidade.

 

Repare que se o corpo sobe ele ganha energia potencial gravitacional (porque a altura h aumenta) e perde velocidade. Se ele desce, no entanto, a energia potencial diminui (porque a altura h diminui) e ganha velocidade. No fundo o que acontece é um intercâmbio entre a energia cinética e a energia potencial.

 

Sempre que não existem forças dissipativas (como o atrito, por exemplo) e apenas as forças associadas à energia potencial realizam trabalho sobre o corpo, teremos a conversão integral de energia cinética em potencial e vice-versa. Dessa forma, se somarmos essas duas energias teremos sempre o mesmo resultado. A essa soma damos o nome de energia mecânica (EMec) e, nesse caso, podemos afirmar que a energia mecânica se conserva.

 

Apesar de tomarmos como exemplo inicial a energia potencial gravitacional, vale lembrar também que há outras formas de energia potencial que podem se converter em energia cinética, como a energia potencial elástica, a energia potencial elétrica, a energia potencial química, etc. Assim, a energia potencial que aparece na expressão acima refere-se à soma de todas as formas de energia potencial que o corpo possui.

Nessa etapa o professor deve realizar com os alunos o experimento descrito no “Roteiro de experimentação – Energia mecânica”, disponível na seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”. As atividades e discussões estão descritas no próprio Roteiro de experimentação.

 

 

A dinâmica de trabalho pode ser, preferencialmente, feita em pequenos grupos (entre dois e quatro alunos, dependendo da quantidade de material disponível – que sugerimos seja providenciado com antecedência pelo professor).

 

 

As questões propostas para discussão podem ser estendidas pelo professor, acrescentando outras, e pelos próprios alunos que devem ser instigados a fazerem perguntas. Tudo aquilo que não puder ser respondido/compreendido durante a discussão pode ser transformado em tema de pesquisa para os alunos.

 

 

Os simulador está disponível na seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”.O vídeo “Como fazer um carro elástico” pode ser apresentado aos alunos e proposto como desafio para um trabalho de casa envolvendo a energia potencial elástica. Nesse caso cabe também uma pesquisa sobre a energia potencial elástica e suas aplicações.