O que diz o Teorema da Energia Cinética?

O Teorema da Energia Cinética estabelece a relação entre o trabalho total realizado sobre um corpo e a sua variação de energia cinética.

 W_{total} = \Delta E_c = E_{c_f} - E_{c_i}

Isto significa que:

  • Se o trabalho total for positivo, o corpo ganha energia cinética (aumenta a velocidade).
  • Se o trabalho total for negativo, o corpo perde energia cinética (diminui a velocidade).
  • Se o trabalho total for nulo, a velocidade do corpo mantém-se constante.

Ligação entre forças e variação de energia

Quando várias forças atuam sobre o corpo (peso, normal, atrito, força aplicada, etc.), o trabalho total é a soma dos trabalhos de todas elas:

 W_{total} = W_P + W_N + W_{at} + W_F + \ldots

E essa soma equivale à variação da energia cinética:

 E_{c_f} - E_{c_i} = \tfrac{1}{2} m v_f^2 - \tfrac{1}{2} m v_i^2


Exemplo 1 – Trabalho positivo (aceleração)

Uma força constante de F = 10\ \text{N} atua sobre um corpo de m = 2,0\ \text{kg}, deslocando-o d = 4,0\ \text{m} na direção do movimento.
O corpo parte do repouso.

O trabalho realizado pela força é:

 W = F \cdot d = 10 \times 4,0 = 40\ \text{J}

Como parte do repouso (E_{c_i} = 0):

 E_{c_f} = W = 40\ \text{J}

Logo:

 v_f = \sqrt{\tfrac{2E_{c_f}}{m}} = \sqrt{\tfrac{2 \times 40}{2,0}} = 6{,}3\ \text{m/s}

O corpo acelera e ganha energia cinética.


Exemplo 2 – Trabalho negativo (desaceleração)

Um corpo de m = 1,0\ \text{kg} move-se a v_i = 8,0\ \text{m/s} e é travado por uma força de atrito de F_{at} = 5,0\ \text{N} que atua ao longo de d = 6,0\ \text{m}.

O trabalho do atrito é:

 W_{at} = -F_{at} \cdot d = -5,0 \times 6,0 = -30\ \text{J}

Energia cinética inicial:

 E_{c_i} = \tfrac{1}{2} m v_i^2 = 0{,}5 \times 1,0 \times 8,0^2 = 32\ \text{J}

Energia cinética final:

 E_{c_f} = E_{c_i} + W_{at} = 32 - 30 = 2,0\ \text{J}

Velocidade final:

 v_f = \sqrt{\tfrac{2E_{c_f}}{m}} = \sqrt{\tfrac{2 \times 2,0}{1,0}} = 2,0\ \text{m/s}

O corpo abranda — parte da energia cinética é dissipada pelo atrito.

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