Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Mecânica → Work, Energy and Power ↓


Conservação da energia mecânica


Na física, a energia é um conceito importante que nos ajuda a entender como as coisas interagem no mundo ao nosso redor. Um princípio relacionado à energia é a "conservação da energia mecânica." Em termos simples, este princípio afirma que em um sistema isolado, a energia mecânica total permanece constante se as únicas forças atuantes forem forças conservativas.

Compreendendo a energia mecânica

A energia mecânica pode ser dividida em dois tipos: energia potencial (EP) e energia cinética (EC).

  • Energia potencial (EP): É a energia armazenada em um objeto devido à sua posição ou estado. Por exemplo, a energia potencial gravitacional de um objeto a uma altura h é dada por:
    • EP = mgh

    Aqui, m é a massa do objeto, g é a aceleração devido à gravidade, e h é a altura acima do ponto de referência.

  • Energia cinética (EC): É a energia de movimento, que é dada por:
    • EC = 0.5 * mv^2

    Aqui, m é a massa do objeto e v é a velocidade do objeto.

A energia mecânica total

A energia mecânica total (E) é a soma da energia cinética e potencial de um objeto:

E = EC + EP

Lei de conservação da energia mecânica

Esta lei afirma que em um sistema isolado (onde não atuam forças externas, como atrito), a energia mecânica total permanece constante. Matematicamente, é expressa como:

EC_inicial + EP_inicial = EC_final + EP_final

Exemplo visual: um pêndulo

Imagine um pêndulo simples balançando para frente e para trás sem resistência do ar ou qualquer outro atrito.

No ponto mais alto (ponto zenith), o pêndulo tem máxima energia potencial, pois está na altura máxima e energia cinética zero, pois está momentaneamente em repouso. Assim que desce, a energia potencial é convertida em energia cinética. Na posição mais baixa, tem máxima energia cinética e mínima energia potencial. A energia total permanece constante ao longo do movimento.

Problema de exemplo

Considere uma montanha-russa no topo de uma colina. Use a conservação da energia mecânica para encontrar sua velocidade na base.

Dado:

  • Altura da colina, h = 50 m
  • Velocidade inicial, v_0 = 0
EP_inicial = mgh
EC_inicial = 0.5 * m * v_0^2
EP_final = 0 (na base)
EC_final = 0.5 * m * v^2
Assim:
mgh + 0 = 0.5 * m * v^2 + 0
Simplificando:
gh = 0.5 * v^2
v = sqrt(2gh)

Substitua g = 9.8 m/s^2 e h = 50 m:

v = sqrt(2 * 9.8 * 50)

Calcule v:

v ≈ 31.3 m/s

Notas importantes

  • Forças conservativas como a gravidade são necessárias para garantir a conservação da energia mecânica total. Se forças não conservativas, como atrito ou resistência do ar, estiverem presentes, parte da energia mecânica pode ser convertida em outras formas, como energia térmica.
  • A conservação da energia mecânica é um caso específico do princípio geral de conservação da energia, que enfatiza a conversão de energia em vez de sua criação ou destruição.

Aplicações no mundo real

Compreender a conservação da energia mecânica é importante em várias áreas:

  • Engenharia: Projeto de montanhas-russas, pêndulos em relógios e sistemas onde a eficiência energética é fundamental.
  • Astronomia: Interações gravitacionais entre corpos celestes, como satélites orbitando planetas, são analisadas usando esta teoria.
  • Esportes: Atividades como esqui, onde a energia potencial é convertida em energia cinética durante a descida.

Conclusão

A conservação da energia mecânica simplifica nossa compreensão de sistemas onde apenas forças conservativas atuam. Ela nos permite prever e explicar o comportamento dos objetos em muitas situações, lançando as bases para estudos mais complexos na física.


Grade 11 → 1.3.5


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (1.3.4)
Energia potencial gravitacional e elástica
Próximo (1.3.6) →
Poder e potência instantânea

Comentários 



Conservação da energia mecânica

https://www.physicsflow.com/g11/1.3.5?pfal=pt