8: Energia potencial e conservação de energia
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Neste capítulo, apresentamos o importante conceito de energia potencial. Isso nos permitirá formular a lei de conservação da energia mecânica e aplicá-la a sistemas simples, facilitando a solução de problemas. Na seção final sobre fontes de energia, consideraremos as transferências de energia e a lei geral de conservação de energia. Ao longo deste mapa de texto, a lei de conservação de energia será aplicada com cada vez mais detalhes, à medida que você encontrar sistemas mais complexos e variados e outras formas de energia.
- 8.1: Prelúdio à energia potencial e conservação de energia
- Na escultura de bola rolante de George Rhoads, o princípio da conservação da energia governa as mudanças na energia cinética da bola e as relaciona com as mudanças e transferências de outros tipos de energia associados às interações da bola.
- 8.2: Energia potencial de um sistema
- Em Work, vimos que o trabalho realizado em um objeto pela força gravitacional constante, próximo à superfície da Terra, sobre qualquer deslocamento é função apenas da diferença nas posições dos pontos finais do deslocamento. Essa propriedade nos permite definir um tipo de energia diferente para o sistema do que sua energia cinética, que é chamada de energia potencial. Consideramos várias propriedades e tipos de energia potencial nas subseções a seguir.
- 8.3: Forças conservadoras e não conservadoras
- Uma força conservadora é aquela para a qual o trabalho realizado é independente do caminho. Equivalentemente, uma força é conservadora se o trabalho realizado em qualquer caminho fechado for zero. Uma força não conservadora é aquela para a qual o trabalho realizado depende do caminho. O componente de uma força conservadora, em uma direção específica, é igual ao negativo da derivada da energia potencial dessa força, em relação a um deslocamento nessa direção.
- 8.4: Conservação de energia
- Uma quantidade conservada é uma propriedade física que permanece constante, independentemente do caminho percorrido. Se as forças não conservadoras não funcionarem e não existirem forças externas, a energia mecânica de uma partícula permanece constante. Para o movimento unidimensional de partículas, no qual a energia mecânica é constante e a energia potencial é conhecida, a posição da partícula, em função do tempo, pode ser encontrada avaliando uma integral derivada da conservação da energia mecânica.
- 8.5: Diagramas de energia potencial e estabilidade
- A interpretação de um diagrama unidimensional de energia potencial permite obter informações qualitativas e algumas quantitativas sobre o movimento de uma partícula. Por exemplo, o negativo da inclinação da curva de energia potencial, para uma partícula, é igual ao componente unidimensional da força conservadora na partícula. Além disso, em um ponto de inflexão, a energia potencial é igual à energia mecânica e a energia cinética é zero, indicando que a direção da velocidade se inverte ali.
- 8.6: Fontes de energia
- A energia pode ser transferida de um sistema para outro e transformada ou convertida de um tipo para outro. Alguns dos tipos básicos de energia são cinética, potencial, térmica e eletromagnética. Fontes de energia renováveis são aquelas que são reabastecidas por processos naturais contínuos, em escalas de tempo humanas. As fontes de energia não renováveis são aquelas que se esgotam pelo consumo, em escalas de tempo humanas.
Miniatura: montanha-russa “Blue Fire” no Europa Park. (CC SA 3.0; Coaster J).