Tudo sobre Energia Física: Cinética, Potencial, Térmica e Mais

Energia física é, o estudo no âmbito da Física, o estudo que designa a capacidade de realizar trabalho, podendo ser cinética, potencial, química, entre outras. Trata-se de uma grandeza física abstrata, relacionada ao o movimento (definição na Wikipédia) e que não pode ser criada ou destruída, mas somente transformada, diante da aplicação de uma força.

A energia física refere-se à energia associada ao movimento ou posição de um objeto, bem como à energia armazenada em sistemas físicos, como moléculas ou átomos. A energia física pode assumir várias formas, incluindo energia cinética, energia potencial, energia térmica, energia elétrica e energia magnética, entre outras.

A energia física é uma propriedade fundamental da matéria e está presente em todas as formas de movimento e interação física e é uma das bases para a compreensão da física e tem muitas aplicações práticas em nossa vida cotidiana. Vamos falar um pouco sobre os tipos de energia e suas fórmulas para calculo e, se ficar com dúvidas, é só deixar nos comentários.

O Estudo da Energia

O estudo da energia física tem uma história longa e rica que remonta à Grécia Antiga, quando filósofos como Aristóteles e Demócrito começaram a desenvolver teorias sobre a natureza da matéria e do movimento. Apalavra ‘energia’ tem origem no grego energhéia, um conceito que Aristóteles ligou à ideia de entidades hipotéticas se tornarem reais. Foi aplicado pelos médicos até o século XVII à noção de uma suposta substância irritante transmitida pelos nervos que estimulavam a ação.

Aspectos do conceito de trabalho realizado aparecem já em 60 dC nos escritos de Herói de Alexandria. Ele relatou que se um peso fosse levantado com um sistema de roldanas pelo esforço de uma força menor que o peso sendo levantado, a corda deveria ser puxada com uma velocidade maior do que a velocidade com que o peso sobe.

No entanto, foi durante a Revolução Científica do século XVII que o estudo da energia física começou a se tornar mais sistemático e rigoroso. Galileu Galilei, Johannes Kepler, René Descartes e Isaac Newton foram alguns dos pioneiros da física moderna que desenvolveram teorias e leis que ajudaram a explicar o movimento e a energia. Galileu, sem discutir explicitamente o conceito de conservação de energia, deu a entender que certos tipos de máquinas eram impossíveis:

“… como se com suas máquinas eles pudessem enganar a natureza cujo instinto – ou melhor, cuja constituição mais firme – é que nenhuma resistência pode ser superada por uma força que não é mais poderosa do que ela.”

Os escritos de Descartes também incluem uma afirmação de inspiração teológica que antecipou as leis de conservação:

Deus… no princípio criou a matéria com o movimento e o repouso, e agora, apenas por meio de Seu concurso ordinário, conserva tanto movimento e repouso em toda ela [isto é, o mundo material] quanto Ele colocou ali naquela época.”

No século XIX, os físicos começaram a investigar mais profundamente as diferentes formas de energia e a desenvolver novas teorias e tecnologias que permitiram a aplicação prática da energia física. A energia térmica e a energia elétrica foram áreas de foco particular durante este período, com cientistas como James Joule, Michael Faraday e Thomas Edison fazendo importantes descobertas.

No século XX, a física avançou ainda mais, com o desenvolvimento da teoria da relatividade de Albert Einstein e a teoria quântica, que mudaram fundamentalmente nossa compreensão da natureza da energia e da matéria.

Hoje, o estudo da energia física continua a ser uma área vibrante e em constante evolução da física, com os físicos trabalhando em áreas como energia renovável, física de partículas e cosmologia, para citar alguns exemplos. A compreensão da energia física é fundamental para muitas áreas da ciência e tecnologia, e é essencial para abordar os desafios globais que enfrentamos atualmente, como a mudança climática e a sustentabilidade energética.

Eletricidade e Energia Física

energia é um conceito que envolve a definição de trabalho, outro conceito dentro da física. Podemos dizer que, o trabalho é a ação feita contra uma força. Desta forma, quando agachamos e levantamos uma caixa do chão, estamos transformando energia, uma vez em que estamos atuando contra a força da gravidade. Essa energia, se transfere para a caixa em forma de energia potencial gravitacional, é uma força externa que foi gerada a partir da contração de fibras musculares.

Para isto, ocorre uma passagem de corrente elétrica, originada em células, que produzem por meio das ligações químicas presentes nos alimentos, as calorias. A medida usada para a energia, é o joule representada pela letra τ, tau no alfabeto grego. A energia é sempre definida a partir do trabalho e ao exercemos trabalho sobre um corpo, esse corpo troca energia conosco.

Desta forma, podemos definir o trabalho como a transferência da energia que ocorre em corpo que é submetido a aplicação de uma força externa.trabalho de uma força de módulo constante pode ser calculado como um produto interno entre força e distância. Confira a fórmula:

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Fórmula de trabalho

τ – trabalho (J – joule)
– força (N – newton)
– distância (m – metro)
θ – ângulo entre força e distância

Quando um trabalho é exercido sobre um corpo, esse corpo pode ganhar ou perder quantidade de energia, e isso se manifesta como variações de energia cinética ou potencial.

Quais são os tipos de energia física?

Existem muitas formas de energia, no entanto, todas elas possuem relação intima com o movimento exercido no objeto.

Energia cinética

Normalmente associada ao movimento, desta forma, tudo que se move e tem massa apresenta a energia cinética. Essa energia é sempre proporcional ao quadrado da velocidade em que esses corpos estão se movendo.

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Fórmula energia cinética

A fórmula da energia cinética demonstra a energia equivalente ao produto entre a massa e o quadrado da velocidade dividido por 2:

Onde:

m – massa (kg)
v – velocidade (m/s)

Energia potencial

A energia potencial recebe esse nome porque é depende da posição do corpo. Dentre os tipos de energia potencial podemos citar a energia potencial gravitacional, a energia potencial elétrica, a energia potencial elástica, etc.

Fórmula da energia potencial gravitacional: Fórmula energia potencial gravitacional estabelece que essa forma de energia potencial é igual ao produto entre três grandezas: massa, aceleração da gravidade e altura:

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Fórmula da energia potencial gravitacional
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Fórmula da energia potencial elástica

Fórmula da energia potencial elástica: A fórmula da energia potencial elástica é igual ao produto entre a constante elástica e o quadrado da deformação da mola dividido por 2:

k – constante elástica (N/m)
x – deformação da mola (m)

Fórmula da energia potencial elétrica: A energia potencial elétrica, mais conhecida apenas como a energia elétrica, é aquela que se obtém a partir da interação entre cargas elétricas, separadas a uma certa distância uma das outras.

A fórmula da energia potencial elétrica é igual ao produto entre três grandezas (o módulo das duas cargas elétricas, Q1 e Q2, e uma constante de proporcionalidade, k0) dividido pela distância entre as cargas:

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Fórmula da energia potencial elétrica

k0 – constante eletrostática do vácuo (Nm²/C²)
Q1 e Q2 – módulos das cargas elétricas
d – distância (m)

Energia física

A energia física é uma grandeza que mede a capacidade de um sistema para realizar trabalho. Ela está presente em todas as formas de matéria e pode ser convertida de uma forma para outra. A energia física pode ser medida em unidades de joules (J) no Sistema Internacional de Unidades (SI).

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fórmula para energia física

Essa fórmula é conhecida como a famosa equação de Einstein, que mostra a relação entre massa e energia, e como a massa pode ser convertida em energia e vice-versa. Essa relação é conhecida como a equivalência massa-energia.

A fórmula para energia física é:

E – energia física
m – massa do objeto
c – velocidade da luz no vácuo, que é aproximadamente 299.792.458 metros por segundo.

Energia mecânica

A energia mecânica (ME) é uma grandeza física que mede a capacidade de um sistema realizar trabalho devido ao seu movimento ou posição. Ela é composta pela soma da energia cinética e energia potencial de um objeto ou sistema.

Trata-se da soma da energia cinética (KE) com as energias potenciais (PE) de qualquer sistema físico. Nos sistemas físicos conservativos nos quais não há atrito, a energia mecânica é conservada.

ME – Energia Mecânica
KE – Energia cinética
PE – Energia potencial

Você pode conferir as fórmulas da energia cinética e da energia potencial nesta matéria.

Energia mecânica
Energia mecânica

Energia térmica

É toda energia contida em corpos que estejam acima da temperatura do zero absoluto. A energia térmica transferida entre corpos, é chamada de calor. Ela é definida como a energia cinética total das partículas que compõem o objeto ou sistema, incluindo moléculas, átomos e elétrons. A energia térmica é diretamente proporcional à temperatura de um objeto, ou seja, quanto maior a temperatura, maior será a energia térmica.

Energia térmica
Energia térmica

Q – energia térmica

m – massa do objeto

c – capacidade térmica do material

ΔT – variação de temperatura do objeto

A capacidade térmica é a quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de um objeto em uma unidade, geralmente em joules por kelvin (J/K). Ela depende do material do objeto e pode variar de acordo com a densidade, composição e estado físico do material.

Energia química

A energia química é a energia potencial armazenada em ligações químicas entre átomos e moléculas. Quando uma reação química ocorre, a energia química é convertida em outras formas de energia, como calor, luz ou eletricidade.

A energia química pode ser medida em unidades de joules (J) ou em unidades de energia por mol de substância (J/mol). Existem diversas formas de energia química, dependendo do tipo de ligação química envolvida. Alguns exemplos incluem a energia de ligação, a energia de ionização e a energia de dissociação.

A energia de ligação é a energia necessária para romper uma ligação química e é geralmente medida em unidades de energia por mol de ligação (J/mol). A fórmula para a energia de ligação pode ser expressa como:

E = [energia dos reagentes] – [energia dos produtos]

onde “energia dos reagentes” é a energia dos átomos ou moléculas antes da reação química e “energia dos produtos” é a energia dos átomos ou moléculas depois da reação química.

A energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo ou molécula. Ela é medida em unidades de energia por mol de elétrons (J/mol). A fórmula para a energia de ionização pode ser expressa como:

E = [energia dos íons] – [energia dos átomos]

onde “energia dos íons” é a energia dos íons produzidos após a remoção do elétron e “energia dos átomos” é a energia dos átomos antes da remoção do elétron.

A energia de dissociação é a energia necessária para separar moléculas em seus componentes individuais. Ela é medida em unidades de energia por mol de moléculas (J/mol). A fórmula para a energia de dissociação pode ser expressa como:

E = [energia dos produtos] – [energia das moléculas]

onde “energia dos produtos” é a energia dos componentes individuais após a dissociação e “energia das moléculas” é a energia da molécula original antes da dissociação.

Energia nuclear

Energia que é obtida a partir da ruptura dos núcleos dos átomos, resultando então na interação entre prótons e nêutrons, que são atraídos por um tipo de força fundamental da natureza conhecido como força nuclear forte. Durante essas reações, uma pequena quantidade de massa é convertida em uma grande quantidade de energia, de acordo com a famosa equação de Einstein, E=mc².

E – Energia
m – massa
c² – quadrado da velocidade da luz

A velocidade da luz é uma constante muito grande, cerca de 300.000 km/s, portanto, mesmo uma pequena quantidade de massa convertida em energia pode produzir uma grande quantidade de energia. A fórmula para calcular a energia liberada durante uma reação nuclear depende do tipo de reação.

Fórmula da energia nuclear
Fórmula da Energia Nuclear

FAQ Rápido

O que é energia física?

Energia física é, o estudo no âmbito da Física, o estudo que designa a capacidade de realizar trabalho, podendo ser cinética, potencial, química, entre outras. Trata-se de uma grandeza física abstrata, relacionada ao o movimento e que não pode ser criada ou destruída, mas somente transformada, diante da aplicação de uma força.

O que é energia cinética?

Normalmente associada ao movimento, desta forma, tudo que se move e tem massa apresenta a energia cinética. Essa energia é sempre proporcional ao quadrado da velocidade em que esses corpos estão se movendo.

O que é energia potencial?

A energia potencial recebe esse nome porque é depende da posição do corpo. Dentre os tipos de energia potencial podemos citar a energia potencial gravitacional, a energia potencial elétrica, a energia potencial elástica, etc.

O que é energia mecânica?

Trata-se da soma da energia cinética com as energias potenciais de qualquer sistema físico. Nos sistemas físicos conservativos nos quais não há atrito, a energia mecânica é conservada.

O que é energia térmica?

É toda energia contida em corpos que estejam acima da temperatura do zero absoluto. A energia térmica transferida entre corpos, é chamada de calor.

O que é energia química?

É a energia encontrada nas ligações químicas. É obtida a partir da queima dos combustíveis, como gasolina, álcool etc. Trata-se de uma energia de natureza elétrica, já que as ligações químicas resultam de interações elétricas.

O que é energia nuclear?

Energia que é obtida a partir da ruptura dos núcleos dos átomos, resultando então na interação entre prótons e nêutrons, que são atraídos por um tipo de força fundamental da natureza conhecido como força nuclear forte.

O que é energia eletrica?

A energia potencial elétrica, mais conhecida apenas como a energia elétrica, é aquela que se obtém a partir da interação entre cargas elétricas, separadas a uma certa distância uma das outras.

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Fonte: Brasil Escola

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