1) Energia é um conceito abstrato que representa diferentes fenômenos e pode se manifestar sob formas como movimento, luz, calor, entre outras. 2) Existem diferentes tipos de energia como potencial gravitacional, cinética, elétrica e química, e a energia se transforma continuamente entre essas formas, mas nunca é destruída. 3) Unidades como Joule permitem quantificar e comparar diferentes tipos de energia durante transformações.

1. O que é energia?Antes de definir o que é energia vamos relembrar algumas unidades de medidas.

2. Grandezas Fundamentais - Unidades Básicas do SIComprimento:a)1km = 10³m b)1cm = 10-²m c)1mm = 10-³m Massa:a)1kg = 10³ g b)1g = 10-³ kg c)1mg = 10-³g Tempo:a) 1hora = 60min = 60.60s = 3600sb)1ano = 365 dias = 365.24h =365.24.60min = 365.24.60.60s

3. Energia, uma presença universalAfinal, o que é energia?Energia é um conceito muito abstrato, que abrange uma série de fenômenos distintos entre si. Mesmo sem conhecer uma definição nós temos uma idéia do que seja energia: quando estamos em nossa casa e todas luzes se apagam de repente, pode ser por falta de energia; o sol, a biomassa, os combustíveis fósseis, o campo gravitacional…são fontes de energia.A energia se manifesta no universo sob as mais diferentes formas e, por isso, recebe diferentes nomes: luz(energia luminosa ou eletromagnética), som (energia sonora), calor (energia térmica ou calorífica), movimento (energia cinética). Manifesta-se também sob outras formas, que recebem o nome de energia química, energia elétrica, energia atômica e nuclear...Mesmo a energia que parece sumir, reaparece sob outra forma e com outro nome. Na realidade, a energia jamais é consumida, o que ocorre é uma contínua transformação energética. Na queda d’água de uma cachoeira, por exemplo, a energia potencial gravitacional armazenada na massa de água se trasforma em energia cinética e térmica na queda e nas turbinas, que por sua vez se transformará em energia elétrica nos geradores. Intuitivamente, podemos pensar a energia como alguma coisa que jamais é criada ou destruida, algo que se transforma continuamente, que pode ser transferida de um corpo para outro seja através de uma ação (trabalho) mecânica ou elétrica.

4. Energia, uma presença universalJulius Robert Mayer (1814-1878) físico alemão…Na verdade, existe apenas uma única energia. Numa troca perpétua, ela circulatanto na natureza viva, quanto na naturezamorta. Tanto numa quanto na outra, nadaacontece sem a transformação de energia!

5. Usinas (“geradores” de energiaelétrica)- “geram” energia a partir de umaoutrafonte de energiaUsinashidrelétricas - transformamenergiamecânicaemenergiaelétrica; - fazemuso do ciclo natural daágua; - causamimpactosambientaisconsideráveis, pois é necessárioinundargrandesáreas.

6. Usinas termoelétricas - transformam energia térmica em energia elétrica; - fazem uso de combustíveis como carvão, petróleo e biomassa; - liberam, entre outros gases, CO2 para atmosfera, o que contribui pra intensificar o efeito estufa .

7. Usinas nucleares - transformam energia nuclear em energia elétrica; - fazem uso de urânio enriquecido;

8. Energia elétromagnética. . O espectro eletromagnético: - toda radiação é uma onda eletromagnética, luz, que se propaga no vácuo com velocidade c = 3x108 m/s10241022101810201016101410121010108106104102100Frequência (Hz)VisívelRaios XTv / RádioRaios gamaInfravermelhoRede elétricaUltravioletaMicroondas

9. Energia potencial gravitacional (posição)energia armazenada na massa (m) dos corpos, quando estão em algum desnível (h) sob a ação de um campo gravitacional (g)

10. Energia potencial gravitacional (posição) Epg = m.g.h (J) SIm – massa (kg)g – gravidade (m/s²)h – altura em relação P.H.R. (m)hP.H.R

11. Exemplo de aplicação.1) Um corpo com massa de 500 kg está a uma altura de 160 m do solo. Calcular a energia potencial gravitacional desse corpo em relação ao solo, considerando g=10 m/s2. Epg = m.g.hEpg = 500.10.160Epg = 80000 = 8.104JhP.H.R

12. Energia cinética (movimento)energia armazenada na massa (m) dos corpos, quando estão em movimento com velocidade (v) em relação a um dado referencial.

13. Energia cinética (movimento)VEc = m.v²/2 (J) SIm – massa (kg)v – velocidade (m/s)

14. Exemplos de aplicação :2) Qual a energia cinética de um veículo de 700 kg de massa, quando sua velocidade é de 20m/s?Ec = m.v²/2Ec = 700.20² / 2Ec = 700.400 / 2Ec = 140000 = 14.104JV

15. Energia potencial elástica (posição)É aenergia armazenada em corpos elásticos. Explico-me , corpos elásticos são aqueles que se deformam, quando sob a ação de uma força, e que voltam à forma original, quando essa força é retirada, como molas e borrachas, por exemplo.

16. Energia potencial elástica (posição)

17. Força elásticaRobert Hooke (1635-1703), cientista inglês, verificou experimentalmente que, em regime de deformações elásticas, a intensidade da força aplicada a uma mola é diretamente proporcional à deformação produzida na mesma. mola relaxadaLoL

18. Energia potencial elástica (posição)

19. Análise gráficak.x -mola relaxadaLoLk – cte que depende das característicasdo corpo elástico como material, espessura,forma e comprimento.x = (L-Lo) – variação do comprimento Fel = k.x (N) SI

20. Energia potencial elástica (posição)

21. As contas da energia potencial elásticaA energia potencial elástica armazenadana “mola” é numericamente igual à áreado gráfico da força (F) em função dadeformação (x) sofrida pela “mola”. k.x -Epel = k.x²/2 (J) SI

22. Exemplos de aplicação :3) Qual é a distensão de uma mola de constante elástica k = 100 N/m e que está armazenando uma energia potencial elástica de 2J? Calcule, também, a intensidade da força que mantém a mola distendida.F = k.xF = 100.0,2F = 20 N

23. ResumindoEnergia potencial gravitacionalEpg = m.g.h (J) SIm – massa (kg)g – gravidade (m/s²)h – altura em relação P.H.R. (m)Energia cinéticaEc = m.v²/2 (J) SIm – massa (kg)v – velocidade (m/s)Força elásticaFel = k.x (N) SIk –cte (N/m)x – deformação (m)Energia potencial elásticaEpel = k.x²/2 (J) SI

24. Mais alguns exemplos de aplicação :4) Um corpo de massa 4000g encontra-se a uma altura de 1600 cm do solo. Admitindo o solo como nível de referência e supondo g = 10 m/s2, calcular sua energia potencial gravitacional. Energia potencial gravitacionalEpg = m.g.h (J) SIm – massa (kg)g – gravidade (m/s²)h – altura em relação P.H.R. (m)hP.H.REpg = 4.10.16 = 640 Jm = 4000 g = 4 kgh = 1600 cm = 16 m

25. 5) No escorregador mostrado na figura, uma criança com 30 kg de massa, partindo do repouso em A, desliza até B. Desprezando o atrito da criança com o escorregador e admitindo g = 10 m/s2, calcule a velocidade da criança ao chegar em B.Ea = EbEpg = Ecm.g.h = m.v²/2g.h = v²/2v² = 2.g.hv² = 2.10.3,2v² = 64v = 8 m/sP.H.R.Como o atrito é desprezado, a energiapotencial gravitacional de A será transformada, por completo, em energiacinética no ponto B.Ea = Epg =m.g.hEb = Ec = m.v²/2

26. Um pouco de históriaFoi J. P. Joule (1818 - 1889) quem estabeleceu que o calor é definitivamente uma forma de energia. O aparelho de Joule converte energia potencial de pesos cadentes em ação (trabalho) sobre a água e esta aquece. Joule constatou queeram necessários 4,184 J ( unidade de energia adotada em 1948) de trabalho para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama de água. Esse valor ficou conhecido como equivalente mecânico de 1 cal de energia térmica.1cal = 4,184 J

27. Exemplo.Querendo demonstrar a equivalência entre as unidades de energia,caloria e Joule, Bruno resolve deixar cair, um vaso térmicamente isolado, de uma altura h em relação ao solo. Com sorte, se o vaso não cair na cabeça de ninguém e a colisão com o solo for perfeitamente inelástica, toda a energia da queda se transformará em energia interna da água (Q = m.c.Dt), que terá sua temperatura elevada em 1°C. Sabendo que 1 cal = 4,18 J e que o calor específico da água é 1cal/g°C, de qual altura, em relção ao solo, Bruno abandonou o vaso? Adote g = 10m/s².1 cal / g°C = 4180 J / kg°Ch = 4180.1/10h = 418 mQ = Epgm.c.Dt = m.g.hc.Dt = g.hh = c.Dt / g

28. Energia mecânica Durante a queda do objeto da figura abaixo, cada molécula tem sua energia potencial gravitacional sendo convertida em energia cinética. Aliás, o que se denomina energia mecânica de um corpo é a soma da energia cinética com a potencial. Em = Epg + Ec + Epel (J) SIEm = m.g.h + m.v²/2 + k.x²/2 (J) SIEmc = Epg = m.g.hEme = Ec = m.v²/2Desprezando qualquer dissipaçãode energia:Emc = Emem.g.h = m.v²/2

29. Exemplo 1) Um carrinho está em movimento sobre uma montanha russa, como indica a figura. Qual a velocidade do carrinho no ponto C? Despreze qualquer atrito e adote g = 10m/s².Ema = Emcm.Va²/2 = m.g.h + m.Vc²/2Va²/2 = g.h + Vc²/2Va² - 2.g.h = Vc²8² - 2.10. (8-5) = Vc²64 – 60 = Vc²Vc² = 4Vc = 2m/sEma = Ec = m.Va²/2Emc = Epg + Ec Emc = m.g.h + m.Vc²/2

30. Exemplo 2) Na figura, está representado o perfil de uma montanha coberta de neve. Um trenó de massa m, solto do ponto K a uma altura H em relação a N com velocidade nula, passa pelos pontos L e M e chega, com velocidade nula, ao ponto N. A altura da montanha no ponto M é menor que a altura em K. Os pontos L e N estão a uma mesma altura. Com base nessas informações e considerando a aceleração da gravidade como sendo g, responda:a) Qual é o valor da energia mecânica do trenó no ponto N considerando H=0?b) Qual o valor da energia dissipada, em função de m, g e H desde K até N.Epg = m.g.h = m.g.0 = 0 Ec = m.v²/2 = m.0/2 = 0 Emf = Epg + Ec = 0 + 0 = 0b) Emi = m.g.H Emf = 0 Ediss = Emi - Emf = m.g.H - 0 = m.g.H

31. 3) FEI-SP Em um parque de diversões, um carrinho de massa 10,0 kg percorre um trilho e atinge uma mola de constante elástica K = 200 N/m. A partir dessas informações, determinea máxima deformação sofrida pela mola quando o carrinho é abandonado do repouso na posição indicada. Obs.: desprezar os efeitos do atrito e adotar g = 10 m/s².Emi = Emfmgh = k.x²/2x² = 2mgh/kx= √(2mgh/k)x = √(2.10.10.4/200)x = 2m

32. 4) Um carrinho de montanha russa parte do repouso do ponto A e percorre a pista sem atrito, esquematizada a seguir.Dado: g=10 m/s2.Calcule a máxima altura h do ponto A, em metros, para que o carrinho passe por B, cujo raio de curvatura é 1 m, sem perder o contato com a pista.a) 4,5 mb) 3,5 mc) 8,0md) 15,0me) 10,0 mEmA = EmBmgh = mv²/2 + mgh’gh = v²/2 + gh’h = v²/2g + h’Frcp = Pmv²/R = mgv² = Rgh = Rg/2g + h’h = R/2 + h’h = ½ + 3h = 3,5 m

33. Trabalho de uma forçaRealizar trabalho sob um corpo é transferir-lhe energia. Dessa forma, quando dois ou mais corpos estão interagindo, ou seja, estão trocando forças, caso a posição de um deles varie é devido a realização de algum trabalho.

34. Trabalho de uma forçaDefinição matemática:Trabalho de uma força paralela ao deslocamento= F.d (N.m = J) SI

35. – trabalho (J) SIF – força (N) SId – deslocamento (m) SI