Energia potencial

A energia potencial é a energia associada ao estado ou posição dos corpos. Ela pode ser potencial gravitacional, quando temos variação de altura do corpo; potencial elástica, quando temos deformação elástica de um corpo; ou potencial elétrica, quando temos interação entre cargas elétricas.

Leia também: Energia mecânica — a energia que resulta da energia cinética e energia potencial

Resumo sobre energia potencial

• A energia potencial está relacionada à posição ou estado dos corpos.
• A energia potencial gravitacional está relacionada à altura dos corpos.
• A energia potencial elástica está relacionada à deformação sofrida por corpos elásticos.
• A energia potencial elétrica está relacionada à interação entre cargas elétricas.

O que é energia potencial?

A energia potencial é uma forma de energia que se armazena nos corpos em razão da sua posição ou estado, podendo ser potencial gravitacional, potencial elástica ou potencial elétrica. A unidade de medida da energia potencial e todas as suas formas no Sistema Internacional de Unidades é o Joule, representado pela letra J.

De acordo com o princípio de conservação da energia, a energia potencial pode ser convertida em outras formas de energia, como energia cinética e energia térmica.

Energia potencial gravitacional

A energia potencial gravitacional é uma forma de energia que se armazena nos corpos devido à altura em relação a uma área com campo gravitacional. Isso significa que, sempre que um corpo estiver a certa altura de uma superfície, ele terá energia potencial gravitacional, que pode ser transformada em outras formas de energia.

Quando se chuta uma bola, temos a transformação da energia potencial gravitacional em energia cinética, provocando o movimento da bola.

Energia potencial elástica

A energia potencial elástica é uma forma de energia que se armazena nos corpos graças à deformação elástica. Isso significa que, quando comprimimos molas, borrachas, elásticos ou demais corpos flexíveis ou elásticos, eles terão energia potencial elástica, que pode ser transformada em outras formas de energia.

Quando pressionamos contra a parede uma bola ligada a uma mola, temos a transformação da energia potencial elástica em energia cinética, provocando o movimento da bola.

Energia potencial elétrica

A energia potencial elétrica é uma forma de energia que se armazena nos corpos devido às interações e posições entre as cargas elétricas. Isso significa que, sempre que estivermos lidando com cargas elétricas em interação ou posicionadas em um campo elétrico, teremos energia potencial elétrica, que pode ser transformada em outras formas de energia.

Fórmulas da energia potencial

• Energia potencial gravitacional

E_pg = m ∙ g ∙ h

• • E_pg é a energia potencial gravitacional, medida em Joule [J].
  • m é a massa, medida em quilograma [kg].
  • g é a aceleração da gravidade, que vale aproximadamente 9,8 m/s².
  • h é a altura, medida em metros [m].

• Energia potencial elástica

\(E_{pel} = \frac{k \ \cdot \ x^2}{2} \)

• E_pel é a energia potencial elástica, medida em Joule [J].
• k  é a constante elástica, medida em [N/m].
• x  é a deformação do objeto, medida em metros [m].

• Energia potencial elétrica

\(E_{pel} = k \cdot \frac{|Q| \cdot |q|}{d} = q \cdot U\)

• E_pel  é a energia potencial elétrica, medida em Joule [J];
• |Q|  é o módulo da carga elétrica fonte, medida em Coulomb [C];
• |q|  é o módulo da carga elétrica de prova, medida em Coulomb [C];
• d  é a distância entre as cargas, medida em metros [m];
• k  é a constante eletrostática do meio, medida em (N∙m)²/C².
• q  é a carga elétrica geradora, medida em coulomb [C].
• U  é o diferença de potencial elétrico, medida em Volts [V].

Energia potencial no dia a dia

A energia potencial pode ser encontrada facilmente em nosso dia a dia por meio da transformação de outras formas de energia, principalmente energia cinética, em energia potencial ou vice-versa. Veja alguns exemplos a seguir:

• Transformação da energia cinética em energia potencial elástica ou vice-versa: colisões de automóveis e aeronaves, pinball, camas elásticas, brincar de estilingue, armas de fogo, para-choques, corridas com tênis com amortecedor, bungee jumping.

• Transformação da energia cinética em energia potencial gravitacional ou vice-versa: beisebol, montanha-russa, pular em trampolins e camas, queda de objetos, elevadores, escadas, bungee jumping.

• Transformação da energia cinética em energia potencial elétrica ou vice-versa: usinas hidrelétricas, motores elétricos, capacitores, circuitos elétricos, dispositivos elétricos e eletrônicos.

Leia também: Quais são as formas de energia existentes?

Exercícios sobre energia potencial

1. (Fuvest - adaptada) No rótulo de uma lata de leite em pó lê-se “valor energético: 1509 kJ por 100 g (361 kcal)”. Se toda energia armazenada em uma lata contendo 400 g de leite fosse utilizada para levantar um objeto de 10 kg, a altura máxima atingida seria de aproximadamente (g = 10 m/s²).

a) h = 50,37 km

b) h = 71,36 km

c) h = 61,37 km

d) h = 60,36 km

e) h = 70,36 km

Resolução:

Alternativa D. Primeiramente, calcularemos o valor energético de 400 gramas de leite, fazendo uma regra de três simples:

\(100 gramas - 1509 KJ\)

\(400 gramas - x\)

\(x \cdot 100=1509 \cdot 400\)

\(x = \frac{603 \ 600}{100}\)

\(x=6036 kJ\)

\(x=6036 \cdot 10^3 J\)

Por fim, calcularemos a altura máxima atingida para levantar a lata por meio da fórmula da energia potencial gravitacional:

\(E_{pg} = m \cdot g \cdot h\)

\(6036 \cdot 10^3 = 10 \cdot 10 \cdot h \)

\(6036 \cdot 10^3 = 100 \cdot h \)

\(h = \frac{6036 \ \cdot \ 10^3}{100} \)

\(h=\frac{6036 \ \cdot \ 1000}{100} \)

\(h=60 \ 360 m\)

2. (Fundação Carlos Chagas) Uma mola elástica ideal, submetida a ação de uma força de intensidade F = 10N, está deformada de 2,0 cm. A energia elástica armazenada na mola é de:

a) 0,10J

b) 0,20J

c) 0,50J

d) 1,0J

e) 2,0J

Resolução:

Alternativa A. Primeiramente transformaremos a deformação da mola de centímetros para metros:

2cm = 0,02 m

Por fim, calcularemos a energia potencial elástica por meio da sua fórmula:

\(E_{pel} = \frac{F_{el} \cdot x}{2} \)

\(E_{pel} = \frac{10 \cdot 0,02}{2}\)

\(E_{pel}=0,1 J\)

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.