Energia potencial gravitacional – Física Enem

Você sabia que a gravidade armazena energia? O seu nome é Energia Potencial e ela não é acumulada de uma forma perceptível como o movimento, o som ou a luz, mas pode (sim!) se manifestar. Neste post descubra como armazenar esse tipo de energia em cima do seu guarda-roupa. Confira abaixo!

O blog do Enem já explicou para vocês que a Energia Cinética está diretamente relacionada com o movimento dos corpos. Você provavelmente conhece outros tipos de Energia: a elétrica, responsável pelo seu banho quentinho, ou a térmica, que prepara o seu alimento todos os dias. Mas e a Energia Potencial, o que você sabe sobre ela? Consegue lembrar de algum exemplo no seu dia a dia?

Você já viu um bate-estaca trabalhando? Não? Então, clique neste link e veja como ele opera. Basicamente um motor elevar um bloco pesado a certa altura e quando ele atinge o ponto mais alto, é solto sobre a estaca que é fincada no solo. A cada batida ela entra cada vez mais fundo, até que se atinja a profundidade desejada. Responda rápido: quais os tipos de energia presentes neste sistema? Tenho certeza que você pensou no movimento do bloco e respondeu de bate-pronto “Energia Cinética”, não é mesmo? E você não está enganado!

No trabalho do bate-estaca a Energia Química é transformada em Energia Cinética – se o motor for à combustão – ou de Energia Elétrica em Energia Cinética, se o motor for elétrico. Essa Energia Cinética é utilizada para realizar o Trabalho de erguer o bloco. No entanto, o tipo de energia acumulada neste Trabalho é a Energia Potencial Gravitacional. Ela será liberada quando o bloco for solto, se transformará novamente em Energia Cinética, que será utilizada para enfiar a estaca no solo.

Como calcular a Energia Potencial Gravitacional de um corpo

Vamos utilizar o exemplo do bate-estacas para chegar na fórmula geral para calcular a energia potencial gravitacional de um corpo. Suponha que a estaca tenha uma massa de 250 kg. Qual será o Trabalho realizado para elevar o bloco a 10 metros de altura?

T=mgh= 250.9,8.10=24.500 J

O valor encontrado equivale à energia que ficou armazenada no bloco como Energia Potencial. Para chegar até ela multiplicamos a massa pelo campo gravitacional pela altura (m.g.h), logo pode ser escrita da seguinte forma

〖Epg〗_ =P.h=mgh

Lembra que no início, falamos que ensinaríamos vocês a armazenar energia em cima do guarda-roupa? Para esse experimento você vai precisar de um gato e um guarda-roupa. Pegue o gato e coloque-o em cima do guarda-roupa. Pronto, energia armazenada!

O Trabalho que você realiza para colocar o bichano em cima do móvel representa a energia que é acumulada na forma de Energia Potencial Gravitacional, quando o gato pula para o chão, transforma essa energia armazenada em Energia Cinética. E se ele for parar lá sozinho, o que acontece? Simples: no pulo de subida, ele transforma sua Energia Cinética em Energia Potencial, que será utilizada para voltar para o chão. O valor dessa energia vai depender do tamanho do gato, da altura do móvel e do planeta onde eles estão (sic). Confira abaixo:

Ainda ficou alguma dúvida? Assista abaixo a aula da professora Lia sobre Energia Potencial Gravitacional. Não esqueça de voltar para resolver os exercícios. Até a próxima!

Exercício 1: (Anhembi Morumbi SP) Considere um ônibus espacial, de massa aproximada 1,0 105 kg, que, dois minutos após ser lançado, atingiu a velocidade de 1,34 103 m/s e a altura de 4,5.104 m. Sabendo que a aceleração gravitacional terrestre vale 10 m/s2 , é correto afirmar que, naquele momento, as energias cinética e potencial, aproximadas, em joules, desse ônibus espacial, em relação ao solo, eram, respectivamente,

a) 3,0.1010 e 9,0.1010
b) 9,0.1010 e 4,5.1010
c) 9,0.1010 e 3,0.1010
d) 3,0.1010 e 4,5.1010
e) 4,5.1010 e 3,0.1010

Exercício 2: (UEL PR) “Em média, as grandes usinas geradoras brasileiras precisam de 2180 litros de água para gerar 1MW. A usina hidrelétrica de Três Marias tem 396 MW de potência instalada. Para gerar 1MW ela precisa que 2325 litros passem por suas turbinas. Quando 920 mil litros passam pelas suas turbinas, ela gera 396 MW, que é sua potência instalada. Qualquer quantidade superior de água não gerará mais energia, pois o máximo que a hidrelétrica pode produzir é 396MW.”

(Matéria publicada na Folha de São Paulo do dia 22 de abril de 2001, página B4)

Como se explica a geração de eletricidade em uma usina hidrelétrica?

a) A água gira as escovas da turbina e, por atrito, é gerada uma grande concentração de cargas elétricas de mesmo sinal. A eletricidade estática depois é transportada com ajuda de transformadores, que mudam o tipo de eletricidade para uso doméstico.
b) A força gravitacional da queda de água se transforma na força elétrica, que é transportada por linhas de transmissão e transformada em energia elétrica nos centros de consumo.
c) O gerador da usina hidrelétrica é composto de eletroímãs e de fios enrolados como em um motor elétrico. A água, movimentando a turbina, faz girar o conjunto de eletroímãs, variando o fluxo do campo magnético através dos fios enrolados. A variação do fluxo magnético induz uma força eletromotriz.
d) A água é levemente iônica, e esta propriedade é usada para gerar eletricidade estática, que depois é transformada no tipo de eletricidade para uso doméstico.
e) A água desde para as turbinas e, por diferença de pressão, produz uma força elétrica nos fios que compõem o gerador, produzindo a corrente elétrica que é transportada por linhas de alta tensão até os centros de consumo.

Exercício 3: (UERJ) Um corpo de massa 2 kg é abandonado no alto de um plano inclinado, a 30 m do chão, conforme a figura. 30m 30o Na ausência de atrito e imediatamente após 2 s de movimento, calcule as energias:

a) cinética;
b) potencial.

Gabarito:

1-B, 2-C, 3- a) 100J b) 500J

Referência:

GREF – Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Volume 1
Só Física: http://www.sofisica.com.br/

Exercícios:

https://projetomedicina.com.br/wp-content/uploads/2016/08/fisica_energia_mecanica_facil.pdf

http://www.sbfisica.org.br/v1/novopion/arquivos/APOSTILA_Fisica_ENEM.pdf

Post escrito por Rosângela Menezes. Rosângela é formada em Licenciatura em Física pela Universidade Federal do Amazonas e em Jornalismo pela Universidade Federal de Santa Catarina. Atuou como professora por 10 anos e, atualmente, escreve textos sobre Ciência e Tecnologia.