Física · 9.ª–12.ª classe
O que é a energia?
Resposta curta
Energia é uma grandeza física associada à capacidade de um sistema realizar trabalho ou provocar transformações. Mede-se em joules (J). Não se cria nem se destrói: transforma-se de uma forma noutra e transfere-se de um corpo para outro, conservando-se o seu total num sistema isolado.
Definição e características
A energia não é uma coisa que se veja; vê-se pelos seus efeitos: um corpo em movimento, um objeto aquecido, uma lâmpada acesa. Cada situação mostra uma forma de energia.
Principais formas
- Energia cinética (Ec): associada ao movimento. Ec = ½ × m × v2.
- Energia potencial gravítica (Ep): associada à posição em altura. Ep = m × g × h.
- Energia potencial elástica: guardada numa mola ou elástico deformado.
- Energia térmica: associada à agitação das partículas e à temperatura.
- Energia química, elétrica, nuclear, luminosa: outras formas, presentes em combustíveis, pilhas, centrais e no Sol.
A soma da energia cinética e potencial de um corpo é a sua energia mecânica: Em = Ec + Ep.
Fórmulas essenciais
Ec = ½ × m × v2 Ep = m × g × h Em = Ec + Ep Sem atrito: Em inicial = Em final (conservação da energia mecânica) Unidade: joule (J); 1 kWh = 3 600 000 J
Características
- É uma grandeza escalar (tem valor, não direção).
- Conserva-se: num sistema isolado o total não muda.
- Transforma-se: numa queda, a Ep converte-se em Ec; numa subida, o contrário.
- Transfere-se por trabalho, calor ou radiação.
- Degrada-se: parte da energia transforma-se em térmica, que já não é facilmente aproveitável (por atrito, por exemplo). O total mantém-se, mas é menos útil.
Exemplos do quotidiano
- Uma barragem como a de Capanda guarda água em altura (energia potencial) que ao cair move turbinas e se transforma em energia elétrica.
- Um candongueiro em movimento tem energia cinética; ao travar, converte-a em energia térmica nos travões.
- A lenha ou o carvão em brasa libertam energia química como calor e luz.
- Uma pilha de rádio transforma energia química em elétrica e depois em som.
- Painéis solares transformam energia luminosa do Sol em elétrica.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Energia cinética
Enunciado: Um carro de 1 000 kg desloca-se a 20 m/s. Calcule a sua energia cinética.
Resolução:
- Ec = ½ × m × v2.
- Ec = ½ × 1 000 × 202 = ½ × 1 000 × 400 = 200 000.
Resposta: 200 000 J (200 kJ). Verificação: a unidade kg × m2/s2 é o joule.
Exemplo 2 — Energia potencial
Enunciado: Um tijolo de 5 kg está num andaime a 4 m do chão. Calcule a energia potencial gravítica em relação ao chão (g = 10 m/s2).
Resolução:
- Ep = m × g × h = 5 × 10 × 4.
- Ep = 200.
Resposta: 200 J. Verificação: o peso é 50 N e 50 N × 4 m = 200 J.
Exemplo 3 — Conservação da energia
Enunciado: Uma bola é largada do repouso de uma altura de 5 m. Sem resistência do ar, com que velocidade chega ao chão? (g = 10 m/s2)
Resolução:
- Em cima: Ec = 0 e Ep = m × g × 5; em baixo: Ep = 0 e Ec = ½ × m × v2.
- Conservação: ½ × m × v2 = m × g × h; a massa corta-se.
- v2 = 2 × g × h = 2 × 10 × 5 = 100, logo v = 10 m/s.
Resposta: 10 m/s. Verificação: pela queda livre, v = g × t com t = 1 s (h = ½ × 10 × 12 = 5 m), dá 10 m/s.
Exemplo 4 — Nível de exame: altura atingida
Enunciado: Um corpo de 2 kg é lançado na vertical, para cima, com 10 m/s. Que altura máxima atinge, desprezando o ar? (g = 10 m/s2)
Resolução:
- Energia cinética inicial: Ec = ½ × 2 × 102 = 100 J.
- No ponto mais alto, v = 0 e toda a Ec passou a Ep: m × g × h = 100.
- 2 × 10 × h = 100 → h = 100 ÷ 20 = 5 m.
Resposta: 5 m. Verificação: v₀2 ÷ (2g) = 100 ÷ 20 = 5 m.
Erros e confusões frequentes
- Dizer que a energia «se gasta» ou «se perde». Transforma-se; o que se perde é a parte útil.
- Esquecer o quadrado da velocidade. Duplicar v multiplica a Ec por 4, não por 2.
- Confundir energia com força ou com potência. Energia é em joules; potência é energia por segundo (watts).
- Usar o ½ onde não deve: Ep = m g h não tem ½.
- Escolher mal o nível de referência da Ep. Defina onde h = 0 e mantenha-o.
- Aplicar conservação da energia mecânica com atrito importante, sem considerar a energia térmica.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Calcule a energia cinética de um corpo de 2 kg com velocidade de 3 m/s.
Ver solução
Ec = ½ × 2 × 9 = 9 J.
2Exercício 2
Qual é a energia potencial gravítica de um corpo de 10 kg a 3 m do solo? (g = 10 m/s2)
Ver solução
Ep = 10 × 10 × 3 = 300 J.
3Exercício 3
Um corpo de 4 kg passa de 2 m/s para 4 m/s. Calcule a energia cinética inicial, a final e diga quantas vezes aumentou.
Ver dica
Compare as velocidades ao quadrado.
Ver solução
Ec inicial = ½ × 4 × 4 = 8 J; Ec final = ½ × 4 × 16 = 32 J. Aumentou 4 vezes, porque a velocidade duplicou.
4Exercício 4
Um objeto é largado do repouso de uma altura de 20 m. Com que velocidade chega ao solo? (g = 10 m/s2, sem resistência do ar)
Ver solução
v2 = 2 × 10 × 20 = 400; v = 20 m/s.
5Exercício 5
Um aquecedor de 1 000 W funciona 1 hora. Quanta energia consome, em joules e em kWh?
Ver dica
Energia = potência × tempo; 1 h = 3 600 s.
Ver solução
E = 1 000 W × 3 600 s = 3 600 000 J, ou seja, 1 kWh.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre energia e força?
Força é uma interação que altera o movimento (newtons). Energia é a capacidade de realizar trabalho (joules). Quando uma força realiza trabalho, transfere energia.
Onde se aplica a energia na prática?
Em tudo o que envolve movimento, calor ou eletricidade: centrais hidroelétricas, motores, painéis solares, travões. Calcular energias permite prever velocidades, alturas e consumos.
A energia mecânica conserva-se sempre?
Só quando não há forças dissipativas, como o atrito. Com atrito, parte da energia mecânica converte-se em térmica; a energia total conserva-se, mas a mecânica diminui.
O que é a lei da conservação da energia?
Afirma que a energia total de um sistema isolado se mantém constante: pode mudar de forma ou passar de um corpo a outro, mas não aparece nem desaparece.
Resumo
- Energia mede a capacidade de realizar trabalho; unidade SI: joule.
- Ec = ½ m v2 e Ep = m g h; a energia mecânica é Ec + Ep.
- A energia transforma-se e conserva-se; no dia a dia degrada-se em calor.
- Sem atrito, a energia mecânica mantém-se: dá v = √(2 g h) numa queda.
- Duplicar a velocidade quadruplica a 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 manual aberto OpenStax Physics (em inglês), capítulos sobre energia e conservação da energia.
- O Sistema Internacional de Unidades, do Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM).
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