Qual a diferença entre energia potencial e energia cinética dê exemplos?

Energia é um conceito relacionado à ideia de capacidade ou força para fazer algo. Dependendo do campo de estudo, o significado específico pode variar, mas está sempre ligado a este capacidade de ação. Na física, o mecânica clássica Defina energia como Capacidade de trabalho e sustenta que a quantidade de energia contida em um sistema fechado é sempre a mesma, permanece constante, mas pode ser transformada em diferentes formas ou tipos e pode ser transferida de uma partícula para outra.

Entre os tipos de energia que conhecemos está a energia mecânica, que é aquela que pode ser utilizada diretamente para realizar trabalho mecânico, ou seja, para alterar o estado de movimento ou configuração de um corpo. existir dois tipos de energia mecânica, energia cinética e energia potencial, cuja soma é igual à energia mecânica do sistema. A diferença entre os dois é que a energia cinética está associada ao movimento, enquanto a energia potencial está associada à posição ou configuração relativa a um campo de força. Se houver movimento, a posição muda e, portanto, também a energia potencial. Vamos ver em que consiste cada um e sua relação.

Energia cinética

A energia cinética (designada como Ec) é aquele que tem um corpo em movimento. Este conceito, que surge da mecânica clássica à mecânica quântica, é definido como a trabalhado que deve ser feito para tomar um determinado da velocidade zero (Estado inativo) até a sua velocidade atual e é igual a metade de sua massa vezes a velocidade ao quadrado:

Ao aplicar essa energia ao corpo, ele acelera até atingir a velocidade indicada e, ao atingir o corpo, mantém a mesma energia cinética, a menos que a velocidade mude. Para que o corpo retorne ao estado de repouso, é necessário aplicar um trabalho de mesma magnitude, mas na direção oposta. A energia cinética também é expansiva, por isso pode ser obtida como a soma da energia cinética de cada partícula que compõe um sistema.

Energia potencial

A energia potencial é a energia que um corpo possui devido à sua posição ou configuração. dentro de um campo de força conservativo, que se caracteriza em que o trabalho total realizado pelo campo para que uma partícula realize um movimento em uma trajetória fechada é igual a zero, por exemplo, uma órbita planetária. Ou seja, o trabalho total para mudar o sistema de uma determinada configuração para retornar à mesma configuração é zero independente do caminho seguido, portanto trabalho depende apenas do estado inicial e final.

Para explicar o conceito de energia potencial, geralmente recorre-se a pensá-la como a energia que uma partícula armazena quando muda de posição dentro de um campo de força conservativo. Para que a partícula passe de um ponto A para um ponto diferente B, o trabalho deve ser aplicado à partícula. A energia deste trabalho é transferida para a peça e é transformada em energia potencial. Para retornar do ponto B ao ponto A, o mesmo trabalho deve ser aplicado na direção oposta, de modo que o trabalho total no caminho fechado, qualquer que seja o caminho seguido, seja igual a zero.

Nas condições de um campo conservativo, a energia potencial é definida como:

Do que se segue que a força aplicada do ponto A ao ponto B é igual ao gradiente inverso entre os pontos do campo de força:

Existem três tipos de campos conservativos e três tipos de energia potencial associada:

1. energia potencial gravitacional: é a energia potencial devido ao campo gravitacional. Depende da distância (altura relativa) ao centro de massa entre dois objetos.
2. energia potencial eletrostática: devido ao campo gerado pelas forças de interação entre partículas de carga oposta.
3. energia potencial elástica: também chamada de energia de deformação, é a energia mecânica potencial que um sistema armazena aplicando forças que mudam sua forma ou volume, mas não geram mudanças termodinâmicas irreversíveis.

Exemplo: relação entre energia cinética e energia potencial gravitacional

Para visualizar como a energia cinética e a energia potencial são duas formas de energia mecânica, podemos tomar o exemplo clássico de levantar uma pedra do solo contra a força do campo gravitacional. A energia potencial da pedra é dada por sua massa, a força da gravidade e sua altura:

Onde OUg é a energia potencial gravitacional, m é a massa do corpo, g é a força da gravidade e h é a sua altura (distância ao centro de massa entre a Terra e a pedra ou centro de gravidade).

Para levantar a pedra teremos que aplicar trabalho com uma força maior que a força da gravidade mas na direção oposta. Ao aplicar essa força na pedra, transferimos a energia que é transformada em energia cinética para que a pedra se mova para cima. Continuamos a aplicar a força até atingir uma altura de 1 m e parar a pedra. Agora a energia cinética se torna zero e é transformada em energia potencial gravitacional que é armazenada na pedra.

Se agora soltarmos a pedra e a deixarmos cair livremente, a energia potencial gravitacional armazenada é convertida de volta em energia cinética e a pedra cai de volta ao ponto inicial, ponto em que ela terá novamente a mesma energia total de antes de ser levantada. .