FÍSICA - I. Objetivos. Introdução. Energia Potencial. O trabalho sobre uma partícula, acarreta a variação da energia cinética.

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1 FÍSIC - I Energia Potencial Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio Objetivos Estabelecer o conceito de Energia potencial. Relacionar energia potencial e trabalho. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 2 Introdução O trabalho sobre uma partícula, acarreta a variação da energia cinética. O trabalho realizado sobre um sistema de partículas pode não aumentar a energia cinética. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 3

2 Introdução Em vez disso, fica armazenado no sistema na forma de Energia Potencial. Energia Potencial é aquela que está associada à configuração do sistema. Energia Potencial existe somente quando as forças envolvidas são conservativas. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 4 Exemplos de Energia Potencial Energia Potencial Gravitacional Energia Potencial Elástica Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 5 Forças Conservativas Uma força é conservativa se o trabalho total que ela realiza sobre uma partícula é nulo, quando a partícula se move através de uma trajetória fechada, retornando a sua posição inicial. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 6

3 Função Energia Potencial O trabalho realizado por uma força conservativa sobre uma partícula não depende da trajetória. Depende apenas dos pontos inicial e final. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 7 Função Energia Potencial (U) Sabemos que: Trajetória 1 W,1 + W,2 F d s + = 0 F d s = 0 Trajetória 2 Definição: W = F d s = U Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 8 Energia Potencial Gravitacional Um corpo a certa distância da superfície da Terra possui energia em estado potencial. o cair, a força peso executará trabalho. Se não cair, a energia ficará em estado de reserva. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 9

4 Energia Potencial Gravitacional energia potencial gravitacional associada com um sistema partícula-terra depende apenas da posição vertical y (ou altura) da partícula em relação à posição de referência y = 0 e não da posição horizontal. U = m g y Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 10 Energia Potencial Gravitacional Exemplo 01 Uma garrafa cuja massa é 0,350 kg cai a partir do repouso de uma estante a 1,75 m acima do piso. Determine a energia potencial do sistema garrafa- Terra quando a garrafa ainda está sobre a estante e no instante imediatamente anterior a seu impacto com o piso. Determine também a energia cinética da garrafa no instante imediatamente anterior ao choque. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 11 Energia Potencial Elástica Uma mola comprimida ou alongada também possui energia potencial. Considera-se como referência o ponto em que a mola está em seu estado relaxado. 1 U = k x 2 2 Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 12

5 Energia Potencial Elástica Exemplo 02 Durante um jogo de basquete, temos um sistema formado pelo jogador, o aro da cesta e a Terra. dmita que a energia potencial desse sistema seja nula quando o jogador está sobre o piso e que a cesta seja horizontal. Determine a energia potencial total desse sistema quando o jogador fica pendurado na cesta. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 13 Energia Potencial Elástica Exemplo 02 dmita que o jogador possa ser descrito como uma massa pontual de 110 kg a 0,8 m acima do piso quando de pé e 1,3 m acima do piso quando pendurado na cesta. Considere o coeficiente de elasticidade da cesta igual a 7,2 kn/m e a deformação sofrida por ela, quando o jogador está pendurado, igual a 15 cm. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 14 Conservação da Energia Mecânica Somente Forças Conservativas Em um sistema isolado onde apenas forças conservativas causam variações de energia, a energia cinética e a energia potencial podem variar, mas a sua soma, a energia mecânica do sistema permanece constante. E mec = K + U = cte K U1 = K2 U 2 Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 15

6 Conservação da Energia Mecânica Exemplo 03 Uma criança de massa m parte do repouso no topo de um toboágua, a uma altura h = 8,5 m acima de sua base. Supondo que o atrito seja desprezível devido à presença da água, encontre a velocidade da criança na base do toboágua. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 16 Energia Potencial Elástica Exemplo 04 Um bloco de 2 kg em uma superfície horizontal sem atrito é empurrado contra uma mola que tem uma constante elástica de 500 N/m, comprimindo a mola por 20 cm. O bloco é então abandonado, e a mola o projeta ao longo da superfície e, em seguida, por uma rampa inclinada de 45º sem atrito. Qual é a distância para cima na rampa que o bloco percorrerá antes de momentaneamente atingir o repouso? Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 17 EXERCÍCIO EM CLSSE 01 Objetivos: plicar os conceitos de trabalho e energia para resolução de problemas mecânicos. Tempo de realização: 10 minutos Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 18

7 Referências RESNICK, R.; HLLIDY, D.; WLKER, J. Física 1. 7ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, RESNICK, R.; HLLIDY, D.; KRNE, K. S. Física 1. 5ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, TIPLER, P..; MOSC, G. Física para Cientistas e Engenheiros, v. 1: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica. 5ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 19