Física · 9.ª–12.ª classe

Como calcular a energia cinética?

  • 8 min de leitura
  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

A energia cinética é a energia que um corpo tem por estar em movimento. Calcula-se com Ec = ½ × m × v2, com a massa m em quilogramas e a velocidade v em metros por segundo. O resultado vem em joules (J). Exemplo: 2 kg a 3 m/s têm ½ × 2 × 9 = 9 J.

Fórmula e significado de cada termo

Todo o corpo com massa que se move tem capacidade de realizar trabalho, por exemplo ao embater noutro corpo. Essa capacidade chama-se energia cinética.

Energia cinética

Ec = ½ × m × v2

  • Ec é a energia cinética, medida em joules (J).
  • m é a massa do corpo, em quilogramas (kg).
  • v é o módulo da velocidade, em metros por segundo (m/s).

Dois factos decorrem da fórmula. Primeiro, a energia cinética depende do quadrado da velocidade: se a velocidade duplicar, a energia fica 4 vezes maior; se triplicar, fica 9 vezes maior. Segundo, nunca é negativa, porque m é positiva e v2 também. Um corpo parado (v = 0) tem energia cinética nula.

Condições de aplicação

A fórmula vale para velocidades muito menores do que a da luz, que é o caso de todos os problemas do ensino secundário. A massa deve estar em kg e a velocidade em m/s; só assim o resultado sai em joules. Aqui, a energia cinética considera-se a de translação de um corpo tratado como partícula.

Passo a passo

  1. Leia o enunciado e identifique a massa e a velocidade (ou a energia, se o pedido for calcular uma delas).
  2. Converta as unidades para o SI: gramas para kg (divida por 1 000), km/h para m/s (divida por 3,6).
  3. Escreva a fórmula Ec = ½ m v2.
  4. Eleve a velocidade ao quadrado primeiro, antes de multiplicar pela massa.
  5. Multiplique por m e por ½ (ou divida por 2).
  6. Escreva a unidade (J) e, se o valor for grande, pode passar para kJ (1 kJ = 1 000 J).
  7. Verifique: o resultado é positivo? Se a velocidade duplicou em relação a outro caso, a energia ficou 4 vezes maior?

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Cálculo direto (básico)

Enunciado: Um candongueiro de massa 1 200 kg desloca-se a 20 m/s numa estrada de Luanda. Calcule a sua energia cinética.

Resolução:

  1. Dados: m = 1 200 kg; v = 20 m/s. As unidades já estão no SI.
  2. v2 = 20 × 20 = 400.
  3. Ec = ½ × 1 200 × 400 = 600 × 400 = 240 000 J.

Resposta: Ec = 240 000 J (240 kJ). Verificação: 240 000 × 2 ÷ 400 = 1 200 kg, a massa inicial.

Exemplo 2 — Com conversão de unidades

Enunciado: Um ciclista e a bicicleta têm, em conjunto, 80 kg e andam a 36 km/h. Qual é a energia cinética do conjunto?

Resolução:

  1. Converter a velocidade: 36 ÷ 3,6 = 10 m/s.
  2. v2 = 10 × 10 = 100.
  3. Ec = ½ × 80 × 100 = 40 × 100 = 4 000 J.

Resposta: Ec = 4 000 J. Verificação: se tivesse usado 36 no lugar de 10, obteria 51 840 J, um valor absurdo para uma bicicleta. A conversão é indispensável.

Exemplo 3 — O que acontece quando a velocidade duplica

Enunciado: O mesmo carro de 1 200 kg passa de 10 m/s para 20 m/s. Compare as energias cinéticas.

Resolução:

  1. A 10 m/s: Ec = ½ × 1 200 × 100 = 60 000 J.
  2. A 20 m/s: Ec = ½ × 1 200 × 400 = 240 000 J.
  3. Razão: 240 000 ÷ 60 000 = 4.

Resposta: a energia cinética fica 4 vezes maior quando a velocidade duplica. Verificação: (2v)2 = 4v2, o que confirma o fator 4. É por isto que a velocidade excessiva agrava tanto a gravidade dos acidentes.

Exemplo 4 — Nível de exame: calcular a velocidade a partir da energia

Enunciado: Uma pedra de 40 kg rola e tem energia cinética de 500 J. Qual é a sua velocidade?

Resolução:

  1. Parte-se de Ec = ½ m v2 e isola-se v2: v2 = 2 × Ec ÷ m.
  2. v2 = 2 × 500 ÷ 40 = 1 000 ÷ 40 = 25.
  3. v = √25 = 5 m/s.

Resposta: v = 5 m/s. Verificação: ½ × 40 × 25 = 500 J, o valor dado.

Erros frequentes no cálculo

  • Esquecer de elevar a velocidade ao quadrado. Calcular ½ × m × v dá um resultado errado; o expoente 2 só incide sobre v, não sobre a massa.
  • Elevar ao quadrado o produto m × v. Só a velocidade é elevada ao quadrado: faça primeiro v2, depois multiplique.
  • Usar km/h ou gramas na fórmula. Converta sempre para m/s e kg antes de calcular.
  • Esquecer o ½. Sem ele, o valor sai o dobro do correto.
  • Dar a unidade como N ou W. A energia mede-se em joules (J); newton é força e watt é potência.
  • Tentar obter energia negativa. Se o resultado sair negativo, há um erro de sinal; a energia cinética é sempre zero ou positiva. Note que a variação da energia cinética pode ser negativa, se o corpo travar.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Calcule a energia cinética de um corpo de 2 kg que se move a 3 m/s.

Ver solução

Ec = ½ × 2 × 32 = ½ × 2 × 9 = 9 J.

2Exercício 2

Uma bola de 0,5 kg é pontapeada e sai a 12 m/s. Qual é a sua energia cinética?

Ver dica

Calcule primeiro 122.

Ver solução

v2 = 144. Ec = ½ × 0,5 × 144 = 0,25 × 144 = 36 J.

3Exercício 3

Um camião de 8 000 kg circula a 54 km/h. Determine a sua energia cinética, em joules e em kJ.

Ver dica

Converta primeiro a velocidade para m/s.

Ver solução

54 ÷ 3,6 = 15 m/s. v2 = 225. Ec = ½ × 8 000 × 225 = 4 000 × 225 = 900 000 J = 900 kJ.

4Exercício 4

Um corpo de 4 kg tem energia cinética de 200 J. Qual é a sua velocidade?

Ver solução

v2 = 2 × 200 ÷ 4 = 100, logo v = √100 = 10 m/s. Verificação: ½ × 4 × 100 = 200 J.

5Exercício 5

Um carro de 1 000 kg acelera de 10 m/s para 20 m/s. (a) Calcule a variação da energia cinética. (b) Se isso acontecer ao longo de 150 m sob a ação de uma força constante na direção do movimento, qual é a intensidade dessa força? Use o teorema do trabalho e da energia cinética: o trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética.

Ver dica

Trabalho = força × distância, quando a força é constante e paralela ao deslocamento.

Ver solução

(a) Ec inicial = ½ × 1 000 × 100 = 50 000 J; Ec final = ½ × 1 000 × 400 = 200 000 J. Variação = 200 000 − 50 000 = 150 000 J. (b) W = F × d = ΔEc, logo F = 150 000 ÷ 150 = 1 000 N.

Perguntas frequentes

Qual é a fórmula para calcular a energia cinética?

É Ec = ½ m v2, com a massa em kg e a velocidade em m/s. O resultado dá-se em joules. O ½ e o quadrado da velocidade são os dois pormenores que mais vezes se esquecem.

Como verificar se o resultado está correto?

Isole outra grandeza e veja se recupera o dado inicial: v = √(2Ec ÷ m) deve devolver a velocidade do enunciado. Confirme ainda a ordem de grandeza: uma bicicleta tem milhares de joules, um carro centenas de milhares.

Porque é que a velocidade conta mais do que a massa?

Porque aparece ao quadrado. Duplicar a massa duplica a energia, mas duplicar a velocidade quadruplica-a. Por isso, travar um veículo rápido exige muito mais distância.

Que erros se cometem ao calcular energia cinética?

Os mais comuns são não converter km/h em m/s, esquecer o quadrado da velocidade e omitir o ½. Veja a secção de erros frequentes, acima, para a lista completa.

Resumo

  • Ec = ½ m v2, em joules, com m em kg e v em m/s.
  • A energia cinética quadruplica quando a velocidade duplica.
  • Nunca é negativa; é nula se o corpo estiver parado.
  • Converta km/h em m/s (÷ 3,6) e gramas em kg (÷ 1 000) antes de calcular.
  • Para obter a velocidade: v = √(2 Ec ÷ m).
  • O trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética.

Onde aprofundar

  • O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM).
  • O manual aberto OpenStax Physics (em inglês), capítulos sobre trabalho e energia cinética.

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