A energia mecânica é o ramo da Física que estuda o estado de movimentos dos corpos. Essa área é dividida em cinemática, estática e dinâmica.
Esse tipo de energia pode ser transferido por meio da força. Permanece constante na ausência de forças dissipativas (forças que agem em um sistema a fim de modificá-los), quando ocorre apenas a conversão entre suas formas cinética e potencial.
Vale relembrar que a unidade de energia, no Sistema Internacional de Unidades (SI), recebe o nome de joule e é simbolizada pela letra J.
Para calcular a energia mecânica, utiliza-se a fórmula abaixo:
Em= Ec + Ep
Na energia mecânica são introduzidos os conceitos de energia cinética, que é relativa ao movimento, e energia potencial, que é relativa à posição. A energia não pode ser criada ou destruída, mas unicamente transformada.
Energia Cinética
A energia cinética está relacionada com o estado de movimento de um corpo. Esse tipo de energia é uma grandeza escalar que depende da massa e do módulo da velocidade em questão. Quanto maior o módulo da velocidade do corpo, maior é a energia cinética. Quando o corpo está em repouso, ou seja, o módulo da velocidade é nulo, a energia cinética é nula.
A forma de calcular a energia cinética leva em consideração a massa do corpo e a velocidade do movimento. Portanto, utiliza-se a seguinte fórmula:
Ec= energia cinética
m= massa
v= velocidade
Energia Potencial Gravitacional
É a forma de energia associada à posição que um corpo ocupa (energia potencial gravitacional) ou associada à deformação de um sistema elástico (energia potencial elástica).
Logo, a fórmula para esse cálculo levará em consideração a massa do corpo e a aceleração provocada pela força gravitacional e pela altura que o corpo se encontra em relação ao chão e ao campo de chegada. Obtém-se, então, a seguinte fórmula:
Ep= energia potencial
m= massa
g= aceleração da gravidade
h= desnível (altura)
Energia Potencial Elástica
A energia potencial elástica é armazenada em uma mola. Trata-se de uma força variável, além disso, é nula quando a deformação dessa mola é 0 (zero). A mola do sistema exerce uma força de contato entre a massa-mola.
O movimento que ocorre entre uma massa-mola é uma oscilação, pois quando esse objeto é esticado ou comprimido, tende a retornar ao seu estado inicial realizando oscilações. É importante deixar claro que o estado inicial de uma mola é aquele quando ela não está comprimida e nem esticada.
Quando a mola realiza o movimento de oscilação acontece uma transformação de energia potencial elástica para energia cinética.
Epel= energia potencial elástica
k= constante elástica da mola
x= deformação da mola
Conservação da energia mecânica
O princípio da conservação da energia mecânica diz que num sistema isolado constituído por corpos que interagem apenas com forças conservativas, a energia mecânica total permanece constante.
Um corpo em queda livre perde constantemente energia potencial gravitacional, mas ao mesmo tempo, aumenta a sua velocidade, de forma que aumenta também a sua energia cinética. No caso de não existirem atritos, a diminuição da energia potencial gravitacional em qualquer ponto do percurso é igual ao aumento de energia cinética.
Forças conservativas na energia mecânica
Na Física, define-se forças conservativas aquelas que não modificam a energia mecânica do sistema. É possível estabelecer uma classificação para os diversos tipos de forças através dos efeitos provocados por cada uma sobre a energia mecânica dos corpos.
Por exemplo, a força peso tem a propriedade de transformar a energia potencial gravitacional em energia cinética. A força de uma mola pode transformar a energia elástica em energia cinética.
Forças dissipativas na energia mecânica
Na Física, define-se forças dissipativas, que também podem ser denominadas de forças não-conservativas, como sendo as forças que transformam a energia mecânica em outras formas de energia, a exemplo do som, calor e deformação.
A força de atrito faz um objeto parar, transformando sua energia cinética inicial em calor e som. Sempre que houver força de atrito, parte da energia mecânica do sistema vai ser transformada em calor e som.
É possível verificar isso quando um carro freia bruscamente: escuta-se o som característico da freada e percebe-se a fumaça dos pneus queimando em virtude do aumento da temperatura devido à força de atrito com o asfalto.