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Energia cinética, energia potencial e energia mecânica

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Energia cinética, energia potencial e energia mecânica
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Resumo: Energia cinética, energia potencial e energia mecânica

Essência. Energia mecânica = cinética (movimento) + potencial (posição ou deformação). Na frenagem, a cinética vira calor pelo atrito; na colisão, parte vira deformação.

  • Cinética: Ec = mv²/2 (v em m/s). Dobrar v → Ec × 4; dobrar m → Ec × 2.
  • Potencial gravitacional: Epg = mgh, em relação a um nível de referência.
  • Potencial elástica: Epe = kx²/2.
  • Mecânica: Em = Ec + Ep; em pista horizontal, Em = Ec.
  • Atrito: dissipativo; transforma mecânica em térmica; trabalho negativo.
  • Método: converta km/h → m/s e g → kg; escolha o nível de referência; compare antes e depois.
  • Altura equivalente: h = v²/2g.

Exceções e distinções. 1.000 kg a 72 km/h (20 m/s) → 200.000 J; o atrito precisa realizar 200.000 J para parar. A 144 km/h → 800 kJ. Carro a 20 m/s equivale a queda de 20 m.

Pegadinha Cebraspe. "Dobrar a velocidade dobra a energia cinética" → errado: quadruplica.

Lembre também: usar 72² em vez de 20² (km/h direto) é o erro de unidade clássico; nível de referência da altura muda Ep, não a variação.

Visão geral

Energia mecânica = cinética (movimento) + potencial (posição/deformação). Em frenagem, a cinética vira calor pelo atrito; em colisão, parte vira deformação.

Regra

  • Cinética: Ec = m·v²/2 (v em m/s). Dobrar v → Ec × 4; dobrar m → Ec × 2. Ex.: 1.000 kg a 10 m/s → 50.000 J.
  • Potencial gravitacional: Epg = m·g·h (h em relação a um nível de referência escolhido). Ex.: 2 kg a 3 m de altura → 60 J.
  • Potencial elástica: Epe = k·x²/2 (x = deformação da mola).
  • Mecânica: Em = Ec + Ep.
  • Atrito: força dissipativa — transforma energia mecânica em térmica; o trabalho do atrito é negativo.

Método

  1. Converta a velocidade (km/h → m/s) e a massa (g → kg).
  2. Escolha o nível de referência para h (em pista horizontal, Ep = 0 → Em = Ec).
  3. Compare energias antes/depois; a diferença foi dissipada ou realizada como trabalho.

Pontos-chave

Exemplos resolvidos

  • 1.000 kg a 72 km/h (20 m/s): Ec = 1.000 × 400/2 = 200.000 J; em pista horizontal, Em = Ec = 200.000 J.
    • Para parar, o atrito precisa realizar |τ| = 200.000 J (teorema trabalho-energia).
  • 72 → 144 km/h: Ec passa de 200 kJ para 800 kJ.
EnergiaFórmulaDepende de
Cinéticamv²/2massa e v²
Gravitacionalmghmassa e altura
Elásticakx²/2constante e x²

Aprofundamento

  • Energia cinética: Ec = m·v²/2 — dobrar a velocidade quadruplica a energia (e o estrago numa colisão).
  • Energia potencial gravitacional: Ep = m·g·h (relativa a um nível de referência).
  • Energia potencial elástica: Ep = k·x²/2.
  • Atrito dissipa energia mecânica (vira calor): Ep + Ec diminuem pelo trabalho do atrito.

Exemplo: carro de 1.200 kg a 72 km/h (20 m/s): Ec = 1.200·400/2 = 240.000 J. A 144 km/h (40 m/s): 960.000 J (4 vezes mais).

Exemplo: queda equivalente — a energia de um carro a 20 m/s equivale à de uma queda de h = v²/2g = 400/20 = 20 m (um prédio de ~7 andares).

Como o Cebraspe cobra

  • "Dobrar a velocidade dobra a energia cinética": errado (quadruplica).
  • Usa km/h direto (72² em vez de 20²).
  • Detalhe que torna o item errado: o quadrado da velocidade, a unidade e o nível de referência da altura.

Revisão rápida

  • Ec = mv²/2; Ec ∝ v².
  • Epg = mgh; Epe = kx²/2.
  • Em = Ec + Ep.
  • Pista horizontal: Em = Ec.
  • Atrito dissipa energia mecânica.

Mapa mental: Energia cinética, energia potencial e energia mecânica

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Flashcards de Energia cinética, energia potencial e energia mecânica

Tente lembrar antes de virar o card.

  • Qual a fórmula da energia cinética, e o que acontece com ela se a velocidade dobra?

    Revelar resposta

    Ec = m·v²/2 — dobrar a velocidade quadruplica a energia cinética.

  • O que compõe a energia mecânica?

    Revelar resposta

    EmecE_{\text{mec}} = Ec + Ep (cinética + potenciais gravitacional e elástica). Energia térmica não faz parte da energia mecânica — é justamente para onde a mecânica "se perde" com atrito.

  • A energia cinética depende do referencial?

    Revelar resposta

    Sim. Ec = m·v²/2 e a velocidade depende do referencial (um passageiro tem Ec nula em relação ao carro e não nula em relação à estrada).

  • Grandes altitudes: como calcular a variação da energia potencial gravitacional (e qual a relação força-potencial)?

    Revelar resposta

    U = −G·M·m/r → ΔU = G·M·m·(1/R − 1/(R + h)). Não use mgh quando h é comparável ao raio da Terra. Ex.: R = 6·10⁶ m, h = 6·10⁶ m, m = 10 kg → ΔU = GMm/(2R) = 3,3·10⁸ J. Força conservativa = −gradiente da energia potencial.

  • Como calcular a energia potencial gravitacional perto da superfície?

    Revelar resposta

    Ep = m·g·h (h medido do nível de referência). Ex.: 1 kg a 100 m, g = 9,8 → Ep = 980 J.

Questões de Energia cinética, energia potencial e energia mecânica

  1. Questão 1 · Certo ou Errado

    Dobrando-se a velocidade de um veículo, sua energia cinética quadruplica.

    Revelar gabarito

    Gabarito: Certo

    Certo. Ec = m·v²/2.

Fontes

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