Energia cinética é um dos principais elementos da Mecânica, área da Física mais cobrada no vestibular atualmente. Com fama de difícil, a matéria costuma preocupar a grande maioria dos estudantes, receosos de não conseguirem resolver as questões relacionadas.
Apesar disso, o tópico pode ficar bastante simples se um roteiro bem-delineado for seguido na hora de estudar Física. Neste post, você vai encontrar respostas importantes sobre energia cinética. Continue a ler e descubra como dominar o conteúdo!
O que é energia cinética?
A energia mecânica de um corpo diz respeito, em suma, à sua capacidade de realizar ou produzir trabalho. Para simplificar, vale pensar nela como a energia que pode ser transferida através de uma força. Mas o que é energia cinética?
Em um sistema em equilíbrio, a energia mecânica total corresponde à soma da energia cinética com a energia potencial. Esta última pode ser de natureza gravitacional ou elástica. A energia cinética, por sua vez, está ligada ao movimento dos corpos.
Existem muitos exemplos corriqueiros que demonstram a presença desse tipo de energia no mundo. Confira alguns exemplos:
- o movimento da água, que move as turbinas de uma usina hidrelétrica;
- o movimento de um skatista, que faz com que ele salte no ar;
- o movimento de um automóvel que, ao colidir com outro, provoca amassos;
- o movimento do vento, que gira as hélices dos geradores de energia limpa;
- o movimento de uma criança em um balanço.
O caso do balanço, em particular, evidencia a lei ou o princípio da conservação da energia, um dos mais importantes da Física. Segundo ele, “a energia de um sistema isolado não pode ser criada nem destruída: pode apenas transformar-se de um tipo de energia em outro”. Assim, a energia do sistema do balanço oscila entre a energia cinética e a energia potencial gravitacional.
A energia cinética está sempre associada ao deslocamento e à velocidade. Se o corpo não está parado, ela certamente está presente no sistema. Quando um objeto está em repouso, porém, dizemos que sua energia cinética é nula, pois nesse caso não existe velocidade ou movimento.
Cabe dizer, ainda, que a unidade de medida para qualquer trabalho ou energia, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), é o Joule (J). Em termos práticos, um joule equivale à energia necessária para aplicar uma força de 1 Newton (N) durante um percurso de um metro, ou seja, 1 N × m (1 Newton-metro).
Qual é a sua fórmula?
Calcular a energia cinética de um corpo talvez pareça uma tarefa desafiadora, mas a verdade é que existe uma fórmula bastante simples para isso. Vejamos como ela funciona.
Conforme estabelecido pelos fundamentos da Mecânica, a energia cinética de um corpo não rotativo é igual ao valor da sua massa multiplicado pelo quadrado da sua velocidade, dividido por dois. Sendo:
- Ek é a quantidade de energia cinética;
- m é a massa do corpo ou sistema;
- v é a velocidade.
A fórmula utilizada, portanto, é:
Ek = (m × v2)/2
A partir dela, é possível depreender algumas conclusões importantes:
- a energia cinética é uma grandeza escalar, pois nunca é negativa;
- a energia cinética é diretamente proporcional à massa (quanto maior a massa, maior a energia);
- a energia cinética é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do corpo ou sistema;
- quando o corpo ou sistema está em repouso, sua energia cinética é nula, pois o resultado da multiplicação é zero.
Quando deve ser utilizada?
A fórmula para calcular a energia cinética deve ser utilizada em situações relacionadas ao cálculo das variáveis envolvidas. Por exemplo, se a energia cinética de um corpo é de 1000 J e sua massa é de 100 kg, qual é a sua velocidade? Para calcular, basta seguir a equação:
Ek = (m × v2)/2
800 J = (100 kg × v2)/2
800 N × m = (100 kg × v2)/2
800 N × m = (100 kg × v2)/2
800 kg × m2 / s2 = (100 kg × v2)/2
1600 kg × m2/s2 = 100 kg × v2
16 m2/s2 = v2
v = 4 m/s
Observe-se que a velocidade na equação será sempre medida em m/s (metros por segundo), devido à decomposição da unidade de medida do Joule. De fato, 1 Joule é 1 n × m (1 Newton-metro), que é 1 (kg × m/s2) × m, que é 1 kg × m2/s2.
É importante guardar bem essas definições e praticar suas aplicações. Sem dúvida, esse é um passo decisivo para obter sucesso no vestibular 2020.
Como é o teorema de energia cinética?
O teorema da energia cinética afirma que o trabalho total realizado sobre um corpo em deslocamento equivale à variação de energia cinética ocorrida durante esse deslocamento. Trabalho, no caso, é a quantidade de energia gasta para se executar uma certa atividade. O teorema pode ser representado matematicamente, com a seguinte equação:
T = ΔK (Trabalho realizado = Variação da energia cinética)
Ao elaborar um plano de estudos do Enem, vale ressaltar que a energia cinética pode aparecer de diversas formas. Muitas vezes, o candidato deverá relacioná-la ao trabalho realizado ou à transferência de energias do sistema. Confira um exemplo real de prova, extraído do Enem de 2015:
Uma análise criteriosa do desempenho de Usain Bolt na quebra do recorde mundial dos 100 metros rasos mostrou que, apesar de ser o último dos corredores a reagir ao tiro e iniciar a corrida, seus primeiros 30 metros foram os mais velozes já feitos em um recorde mundial, cruzando essa marca em 3,78 segundos. Até se colocar com o corpo reto, foram 13 passadas, mostrando sua potência durante a aceleração, o momento mais importante da corrida. Ao final desse percurso, Bolt havia atingido a velocidade máxima de 12 m/s.
Supondo que a massa desse corredor seja igual a 90 kg, o trabalho total realizado nas 13 primeiras passadas é mais próximo de:
a) 5,4 × 102 J
b) 6,5 × 103 J
c) 8,6 × 102 J
d) 1,3 × 104 J
e) 3,2 × 104 J
A resposta correta é a letra b. Para resolver, basta aplicar o teorema de energia cinética:
T = ΔK (Trabalho realizado = variação da energia cinética)
T= Ek inicial – Ek final = (90 × 122)/2 – (90 × 02)/2
T = 6.480 J = 6,5 × 103 J
Como estudar energia cinética para o vestibular e para o Enem?
Se a energia cinética ainda parece difícil, não se preocupe. Como qualquer outro conhecimento, a Física exige prática e treinamento constantes. Releia as dicas e tente aplicar a fórmula em situações diferentes.
Uma ideia boa é realizar, ocasionalmente, um simulado de vestibular. Assim, você pode testar seus estudos para medir o que aprendeu e o que precisa melhorar.
Se achar necessário, busque ajuda especializada para percorrer com êxito o Trilha do Enem. Nesse site, você testa seu conhecimento e monta um plano de estudos personalizado. É uma plataforma muito útil no caminho para uma boa graduação.
Também é importante situar o tópico em meio aos elementos mais amplos da Mecânica. O vídeo a seguir contém uma aula completa com as melhores técnicas de estudo sobre o tema. Assista e fortaleça seus saberes:
E agora, está se sentindo mais preparado? Como você pôde ver, estudar energia cinética não é tão complicado quando se segue um roteiro correto, preparado por profissionais qualificados.
Continue a estudar Física para o Enem e demais vestibulares e saiba, agora, o que é e como funciona a Teoria da Relatividade!
