Energia cinética

Energia cinética é a forma de energia relacionada aos corpos em movimento. A energia cinética é uma grandeza física escalar, cuja unidade de medida, de acordo com as unidades do SI, é o joule. A energia cinética é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do corpo.

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Definição de energia cinética

“Energia cinética é a capacidade de um corpo em movimento realizar trabalho.”

A energia cinética é a capacidade de algum corpo em movimento realizar trabalho, modificando o estado de movimento dos corpos ao seu redor ou deformando-os. Quanto maior é a velocidade e a massa do corpo, maior é a sua capacidade de realizar trabalho quando estiver em movimento. De forma análoga, podemos pensar que um corpo que apresenta uma grande energia cinética necessita de uma grande quantidade de energia para cessar o seu movimento.

Observe a seguir a fórmula usada para o cálculo da energia cinética:

E_C – energia cinética (J)

m – massa do corpo (kg)

v – velocidade do corpo (m/s)

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De acordo com a fórmula, caso um corpo se encontre em repouso, a energia cinética a ele associada é nula. Além disso, a energia cinética depende da velocidade desse corpo ao quadrado, sendo assim, ao duplicarmos a velocidade de um corpo, sua energia cinética aumenta quatro vezes, ao triplicá-la, a energia cinética desse corpo fica nove vezes maior.

Trabalho e energia cinética

“O trabalho que é realizado sobre um corpo equivale à variação da energia cinética desse corpo.”

O trabalho é caracterizado como a transferência de energia mediante a aplicação de uma força. A seguir, mostramos a fórmula usada para calcular essa grandeza, confira:

τ – Trabalho (J)

F – Força (N)

d – Distância percorrida (m)

θ – Ângulo entre força e distância (º)

Ao realizarmos trabalho sobre um corpo, fazemos com que esse corpo “adquira” ou “perca” energia cinética, dessa forma, dizemos que o trabalho realizado sobre um corpo é equivalente à variação de energia cinética:

ΔE_C – Variação de energia cinética (J)

E_CF – Energia cinética final (J)

E_Ci – Energia cinética inicial (J)

A partir da relação mostrada, conhecida como teorema do trabalho e energia cinética, podemos perceber que, caso a energia cinética de um corpo permaneça constante, nenhum trabalho está sendo realizado sobre ele, em outras palavras, esse corpo não recebe nem tranfere energia de outros corpos.

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Aplicação da fórmula de energia cinética

Vamos determinar qual é a energia cinética de um caminhão de 4 toneladas (4000 kg), movendo-se a uma velocidade de 36 km/h (10 m/s).

Resolução

Primeiramente, é necessário observarmos as unidades, a massa do corpo deve estar escrita em quilogramas e a velocidade, em metros por segundo. Em seguida, vamos fazer o cálculo da energia cinética:

Exercícios resolvidos sobre energia cinética

Questão 1) (Enem 2015) Uma análise criteriosa do desempenho de Usain Bolt na quebra do recorde mundial dos 100 metros rasos mostrou que, apesar de ser o último dos corredores a reagir ao tiro e iniciar a corrida, seus primeiros 30 metros foram os mais velozes já feitos em um recorde mundial, cruzando essa marca em 3,78 segundos. Até se colocar com o corpo reto, foram 13 passadas, mostrando sua potência durante a aceleração, o momento mais importante da corrida. Ao final desse percurso, Bolt havia atingido a velocidade máxima de 12 m/s.

Disponível em: http://esporte.uol.com.br. Acesso em: 5 ago. 2012

Supondo que a massa desse corredor seja igual a 90 kg, o trabalho total realizado nas 13 primeiras passadas é mais próximo de:

a) 5,4.10² J

b) 6,5.10³ J

c) 8,6.10² J

d) 1,3.10⁴ J

e) 3,2.10⁴ J

Resolução:

Alternativa b.

Vamos resolver o exercício por meio do teorema do trabalho e energia cinética, dessa forma, devemos fazer o seguinte cálculo:

Questão 2) Um corpo de massa M e energia cinética E, move-se com velocidade V, reduzindo a velocidade desse corpo a um terço de seu valor original. Qual deverá ser a sua nova energia cinética E'?

a) E/3

b) E/9

c) 9E

d) 3E

e) 16E

Resolução

Alternativa b.

Para resolver esse exercício, basta utilizarmos a fórmula de energia cinética, atribuindo à nova velocidade o valor v/3, observe: