Energia potencial

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Energia potencial (simbolizado por U ou Ep) é a forma de energia que está associada a um sistema onde ocorre interação entre diferentes corpos [1] e está relacionada com a posição que o determinado corpo ocupa, e sua unidade no Sistema Internacional de Unidades (SI), assim como o trabalho, é joule (J).[2]

A energia potencial é o nome dado a forma de energia quando está “armazenada”, isto é, que pode a qualquer momento manifestar-se[3] , por exemplo, sob a forma de movimento, e a energia potencial é derivada de forças conservativas, ou seja, a trajetória do corpo não interfere no trabalho realizado pela força[4] , o que importa são a posição final e a inicial, então o percurso não interfere no valor final da variação da energia potencial.

Tipos de energia potencial[editar | editar código-fonte]

Energia potencial gravitacional[editar | editar código-fonte]

A força gravitacional mantém os planetas em órbita ao redor do sol.

A energia potencial gravitacional está associada ao estado de separação entre dois objetos que se interagem por meio de um campo gravitacional, onde ocorre a atração mútua ocasionada pela força gravitacional. Então, quando elevamos um corpo de massa m a uma altura h, estamos transferindo energia para o corpo na forma de trabalho[5] .

Quando um objeto realiza o movimento de aproximação de outro corpo, ocorre a transformação de energia potencial gravitacional em energia cinética, e o valor da variação da energia potencial gravitacional, ΔU, é definida como o negativo do trabalho, W, realizado pela força gravitacional sobre esse corpo, portanto:

\Delta U = - W

Outra maneira de determinar a variação da energia potencial é calculando o trabalho da força peso sobre um determinado objeto, e sendo que a força peso é dada por:

F=\frac{GMm}{r^2}[6]

Onde F é a força gravitacional num ponto, G é a Constante gravitacional universal, M e m são as massas dos corpos que estão interagindo gravitacionalmente e r é a distância entre eles.

E o trabalho W realizado por uma força F que forma um ângulo θ com o deslocamento r é:

W=Frcos(\theta)[7]

Portanto, considerando que a diferença das altitudes entre os pontos de início e o término do deslocamento seja r e que o ângulo entre a força gravitacional e essa componente do deslocamento é igual à 0º, ou seja, seu cosseno é igual à 1, a variação da energia potencial gravitacional Ep é dada por:

Ep=\frac{GMmr}{r^2}

Sendo GM/r² igual ao valor g da aceleração gravitacional, então:

Ep=mgr[8]

Energia potencial elástica[editar | editar código-fonte]

A energia potencial elástica é a energia mecânica relacionada à deformação de uma mola ou de um elástico[9] , e que posteriormente pode ser usada para gerar movimento de um corpo.

Agora, considere uma mola de constante elástica k que obedeça a Lei de Hooke (uma lei física usada para calcular a deformação causada por uma força aplicada sobre um corpo[10] ), ou seja, a força F que ela aplica sobre um objeto quando está com a deformação Δx é:

F=-k\Delta x, o sinal negativo simboliza que a força tem sentido contrário à deformação da mola.

O valor da energia potencial E armazenada na mola nessas condições será igual ao trabalho realizado para efetuar essa determinada deformação na mola, sendo igual à:

E=\frac{k(\Delta x)^2}{2}

Energia potencial elétrica[editar | editar código-fonte]

A energia potencial elétrica pode ser comparada com a energia potencial gravitacional, porém, ao invés de ser a força gravitacional a relacionada com a energia potencial gravitacional, nesse caso, é a força elétrica que está envolvida com a energia potencial elétrica. A energia potencial elétrica está relacionada com a interação por meio de um campo elétrico entre as partículas, sendo que se as cargas elétricas das partículas envolvidas forem diferentes a força será de atração, e para cargas iguais será de repulsão. A força elétrica Fe entre duas partículas tem seu módulo igual à:

Fe=\frac{kQq}{d^2}, sendo k a constante elétrica no meio, Q e q as cargas das partículas e d a distância entre elas, e sua direção é radial, sendo centrípeta para cargas de sinais contrários e centrífuga para cargas com mesmo sinal[11] .

A variação da energia potencial elétrica ΔEe será o negativo do trabalho W realizado para deslocar a partícula, ou seja:

\Delta Ee = -W

\Delta Ee = \frac{-kQq}{d}

Outra maneira de calcular a variação da energia potencial Ee é fazendo a razão entre a diferença de potencial(ddp) elétrico U no deslocamento e a carga q da partícula que descreveu esse deslocamento, desse modo, é possível calcular o trabalho para deslocar uma partícula que se encontra num campo elétrico ocasionado por duas placas elétricas.

Ee=\frac{U}{q}

Energia Nuclear[editar | editar código-fonte]

A energia potencial nuclear é um tipo de energia gerada pelo trabalho realizado pela força nuclear, sendo elas a força fraca, que está envolvida com o decaimento beta, e a força forte, que mantém os prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico , e esse trabalho ocorre principalmente com os processos de fissão nuclear[12] . O decaimento beta é, basicamente, quando um nêutron se transforma em um próton, elétron e um neutrino, que seria a energia liberada nesse processo, e essa energia armazenada no nêutron é a chamada energia nuclear, usada em bombas nucleares e também na produção de energia.

Ver também[editar | editar código-fonte]


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Referências

  1. Energia Potencial (PDF) pp. 01. Página visitada em 02 de Outubro de 2012.
  2. [1]. Página visitada em 02 de Outubro de 2012.
  3. [2]. Página visitada em 02 de Outubro de 2012.
  4. Andrade, Diana. [3] (PDF). Página visitada em 02 de Outubro de 2012.
  5. [4]. Página visitada em 03 de Outubro de 2012.
  6. Silva,João Freitas. [5]. Página visitada em 03 de Outubro de 2012.
  7. http://www.e-escola.pt/topico.asp?id=91
  8. http://www.alunosonline.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-e-elastica.html
  9. http://www.colegioweb.com.br/fisica/energia-potencial-elastica-ou-de-deformacao.html
  10. http://www.infoescola.com/fisica/lei-de-hooke/
  11. http://educacao.uol.com.br/fisica/forca-eletrica-e-campo-eletrico-lei-de-coulomb.jhtm
  12. http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20032/Humberto/pagina1.html