Todos os estudantes de física têm potencial - energia potencial, ou seja. Mas aqueles que reservam um tempo para determinar o que isso significa em termos de física terão mais potencial para afetar o mundo ao seu redor do que aqueles que não o fazem. No mínimo, eles serão capazes de responder conscientemente a um adulto irritante com uma piada na internet: "Não sou preguiçoso, estou transbordando de energia potencial".
O que é energia potencial?
< O conceito de energia potencial pode parecer confuso a princípio. Mas, resumindo, você pode pensar em energia potencial como energia armazenada. Ele tem o potencial de se transformar em movimento e fazer alguma coisa acontecer, como uma bateria que ainda não está conectada ou um prato de espaguete que um corredor está prestes a comer na noite anterior à corrida.
A energia potencial é uma das três grandes categorias de energia encontradas no universo. Os outros dois são energia cinética, que é a energia do movimento, e energia térmica, que é um tipo especial e não reutilizável de energia cinética.
Sem energia potencial, nenhuma energia poderia ser economizada para uso posterior. Felizmente, existe uma grande quantidade de energia potencial, e ela está constantemente se convertendo entre si e a energia cinética, fazendo as coisas acontecerem.
A cada transformação, alguma energia potencial e cinética se transforma em energia térmica, também conhecida como calor. Eventualmente, toda a energia do universo será convertida em energia térmica e experimentará "morte por calor", quando não houver mais energia potencial. Mas até esse futuro distante, a energia potencial manterá as possibilidades de ação em aberto.
A unidade SI para energia potencial e qualquer quantidade de energia para esse assunto é o joule, onde 1 joule \u003d 1 (newton) (medidor).
Tipos e exemplos de energia potencial
Existem muitos tipos de energia potencial. Entre essas formas de energia estão: Energia potencial mecânica: Também conhecida como energia potencial gravitacional, ou GPE, refere-se à energia armazenada pela posição de um objeto em relação a um campo gravitacional, como o próximo à superfície da Terra.
Por exemplo, um livro no topo de uma prateleira tem o potencial de cair devido à força da gravidade. Quanto mais alto ele é em relação ao solo - e, portanto, em relação à Terra, a fonte do campo gravitacional -, mais longa queda ele tem o potencial de atravessar. Mais sobre isso mais tarde.
Energia potencial química: A energia armazenada em ligações moleculares é energia química. Pode ser liberado e transformado em energia cinética, rompendo os vínculos. Assim, quanto mais ligações em uma molécula, mais energia potencial ela contém.
Por exemplo, ao comer, o processo de digestão quebra moléculas de gorduras, proteínas, carboidratos ou aminoácidos, para que o corpo possa Como as gorduras são as mais longas daquelas moléculas com maior número de ligações entre os átomos, elas armazenam mais energia. Da mesma forma, os registros usados em uma fogueira contêm energia potencial química que é liberada quando são queimados e as ligações entre moléculas na madeira estão quebradas. Qualquer coisa que exija uma reação química para "ir" - incluindo o uso de baterias ou queima de gasolina em um carro - contém energia potencial química.
Energia potencial elástica: essa forma de energia potencial é a energia armazenada na deformação de um veículo. objeto de sua forma normal. Quando um objeto é esticado ou comprimido a partir de sua forma original - digamos, um elástico puxado ou uma mola presa em uma bobina apertada - ele tem o potencial para saltar ou se recuperar quando solto. Ou então, uma almofada macia do sofá é pressionada com a impressão de alguém sentado nela, de modo que, quando estão em pé, a impressão sobe lentamente até o sofá parecer como antes de se sentar.
Energia potencial nuclear: A muita energia potencial é armazenada pelas forças nucleares que mantêm os átomos unidos. Por exemplo, a força nuclear forte dentro de um núcleo que mantém os prótons e nêutrons no lugar. É por isso que é tão difícil dividir átomos, um processo que só acontece em reatores nucleares, aceleradores de partículas, centros de estrelas ou outras situações de alta energia.
Não deve ser confundido com energia potencial química, potencial nuclear a energia é armazenada dentro de átomos individuais. Como o próprio nome indica, as bombas atômicas representam um dos usos mais agressivos da energia potencial nuclear da humanidade.
Energia potencial elétrica: essa energia é armazenada retendo cargas elétricas em uma configuração específica. Por exemplo, quando um suéter com muitas cargas negativas acumuladas é aproximado de um objeto positivo ou neutro, ele tem o potencial de causar movimento, atraindo cargas positivas e repelindo outras cargas negativas. br>
Qualquer partícula carregada única mantida no lugar em um campo elétrico também possui energia potencial elétrica. Este exemplo é análogo à energia potencial gravitacional, pois a posição da carga em relação ao campo elétrico é o que determina sua quantidade de energia potencial, assim como a posição de um objeto em relação ao campo gravitacional determina seu GPE.
Fórmula de energia potencial gravitacional
A energia potencial gravitacional, ou GPE, é um dos poucos tipos de energia para os quais os estudantes de física do ensino médio normalmente realizam cálculos (outros são energia cinética linear e rotacional). É o resultado da força gravitacional. As variáveis que afetam a quantidade de GPE que um objeto possui são a massa m, a aceleração devida à gravidade g GPE \u003d mgh Onde o GPE é medido em joules (J), massa em quilogramas (kg), aceleração devido à gravidade em metros por segundo por segundo (m /s 2) e altura em metros (m ). Observe que, na Terra, g A fórmula do GPE implica que quanto mais maciço um objeto é ou quanto mais alto é colocado, mais energia potencial contém. Isso, por sua vez, explica por que um centavo que caiu do topo de um prédio vai muito mais rápido na parte inferior do que um que caiu do bolso de uma pessoa logo acima da calçada. (Esta é também uma ilustração da conservação de energia: conforme o objeto cai, sua energia potencial diminui, então sua energia cinética deve aumentar na mesma quantidade para que a energia total permaneça constante.) Começando a uma altura mais alta significa que o centavo será acelerado para baixo por uma distância maior, resultando em uma velocidade mais rápida no final da viagem. Ou, para continuar se movendo a uma distância maior, o centavo no telhado deve ter começado com mais energia potencial, quantificada pela fórmula do GPE. Classifique os seguintes objetos do maior para o menor potencial gravitacional energia: Para comparar, calcule o GPE para cada situação usando a fórmula GPE \u003d mgh. Então, do mais ao menos GPE, a ordem é: caixa móvel, mulher, barra. Observe que, matematicamente, já que todos os objetos estavam na Terra e tinham o mesmo valor para g Considere, ao invés, que a caixa móvel estava em Marte em vez de na Terra. Em Marte, a aceleração devido à gravidade é aproximadamente um terço do que ocorre na Terra. Isso significa que a caixa móvel teria cerca de um terço da quantidade de GPE em Marte a 10 m de altura, ou 980 J.
e a altura h.
é tratado como sempre igual a 9,8 m /s 2. Em outros locais onde a Terra não é a fonte local de aceleração gravitacional, como em outros planetas, g
tem outros valores.
Exemplo de GPE
< li> Uma barra de 250 kg mantida 0,5 m acima da cabeça de um levantador de força
, deixando isso número fora ainda resultaria na ordem correta (mas fazê-lo para não fornecer as quantidades reais de energia em joules!).
