Como pode ser transformada a energia mecânica?

MECÂNICA CLÁSSICA /

Prof. Alberto Ricardo Präss

O que é ENERGIA?

Sem dúvida nenhuma energia é o termo técnico, originário da Física, mais empregado em nossa vida cotidiana.

Energia é um conceito muito abrangente e, por isso mesmo, muito abstrato e difícil de ser definido com poucas palavras de um modo preciso. Usando apenas a experiência do nosso cotidiano, poderíamos conceituar energia como "algo que é capaz de originar mudanças no mundo". A queda de uma folha. A correnteza de um rio. A rachadura em uma parede. O vôo de um inseto. A remoção de uma colina. A construção de uma represa. Em todos esses casos, e em uma infinidade de outros que você pode imaginar, a interveniência da energia é um requisito comum.

Muitos livros definem energia como "capacidade de realizar trabalho". Mas esta é uma definição limitada a uma área restrita: a Mecânica. Um conceito mais completo de energia deve incluir outras áreas (calor, luz, eletricidade, por exemplo). À medida que procuramos abranger áreas da Física no conceito de energia, avolumam-se as dificuldades para se encontrar uma definição concisa e geral.

Mais fácil é descrever aspectos que se relacionam à energia e que, individualmente e como um todo, nos ajudam a ter uma compreensão cada vez melhor do seu significado.

Vejamos, a seguir, alguns aspectos básicos para a compreensão do conceito de energia.

1) A quantidade que chamamos energia pode ocorrer em diversas formas. Energia pode ser transformada, ou convertida, de uma forma em outra (conversão de energia).

Exemplo:

A energia mecânica de uma queda d'água é convertida em energia elétrica a qual, por exemplo, é utilizada para estabilizar a temperatura de um aquário (conversão em calor) aumentando, com isso, a energia interna do sistema em relação à que teria à temperatura ambiente. As moléculas do meio, por sua vez, recebem do aquário energia que causa um aumento em sua energia cinética de rotação e translação.

2) Cada corpo e igualmente cada "sistema" de corpos contém energia. Energia pode ser transferida de um sistema para outro (transferência de energia).

Exemplo:

Um sistema massa/mola é mantido em repouso com a mola distendida. Nestas condições, ele armazena energia potencial. Quando o sistema é solto, ele oscila durante um determinado tempo mas acaba parando. A energia mecânica que o sistema possuía inicialmente acaba transferida para o meio que o circunda (ar) na forma de um aumento da energia cinética de translação e rotação das moléculas do ar.

3) Quando energia é transferida de um sistema para outro, ou quando ela é convertida de uma forma em outra, a quantidade de energia não muda (conservação de energia).

Exemplo:

A energia cinética de um automóvel que pára é igual à soma das diversas formas de energia nas quais ela se converte durante o acionamento do sistema de freios que detém o carro por atrito nas rodas.

4) Na conversão, a energia pode transformar-se em energia de menor qualidade, não aproveitável para o consumo. Por isso, há necessidade de produção de energia apesar da lei de conservação. Dizemos que a energia se degrada (degradação de energia).

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Energia é a capacidade de executar um trabalho, e "Trabalho" significa deslocar, rodar, transformar. 

Relembre este conceito em O que é energia. 

Existem várias formas de energia disponíveis na natureza, leia este item e aprenda mais!

[Energia Elástica] [Energia Potencial Gravitacional] [Energia Química] [Energia Elétrica] [Energia Térmica] [Energia Cinética] [Energia primária e Energia útil]

Energia Elástica

Quando puxamos um elástico (provocando uma deformação) e largamos em seguida, a energia armazenada na tira do elástico se transforma em energia cinética (representada pelo movimento do elástico e da pedra, no estilingue). A energia elástica é armazenada e, por isso, é um tipo de energia potencial, associada à deformação de um corpo.

Energia Potencial Gravitacional

Tudo que está no alto em relação ao solo possui energia potencial. Quando um menino segura uma bola, a energia desta bola está relacionada a altura dela a partir do chão. Se o menino solta a bola, esta energia potencial é transformada em energia cinética (representada pelo movimento da bola). 

Energia Química

Quando uma menina pedala uma bicicleta, ela transforma a energia química do seu corpo (que obteve dos alimentos) em energia cinética nas rodas da bicicleta (movimento). Da mesma forma, a energia química contida nos combustíveis dos veículos é transformada em energia cinética, para que eles se movimentem.

Pilhas e baterias contêm energia química que faz com que os aparelhos elétricos funcionem: controles remotos, brinquedos, celulares. A energia química da bateria é transformada em energia elétrica, que alimenta esses aparelhos.

Energia Elétrica

Os prótons e nêutrons estão no centro do átomo, chamado núcleo e os elétrons estão em movimento em volta do núcleo. Em materiais metálicos, os elétrons podem caminhar, levando energia de um local para outro, por exemplo, da tomada pelo fio até a televisão. Esse movimento é chamado de energia elétrica ou eletricidade.

Energia Térmica

A energia térmica está relacionada à temperatura, ou seja, quanto mais quente um objeto, mais energia térmica há nele. Quando aquecemos a panela de pipoca no fogão, utilizamos a energia térmica para esquentar a panela, que transfere o calor para o milho, transformando-o em pipoca.                   

Podemos também utilizar a energia térmica para nos aquecer no banho. A energia térmica também pode ser captada do sol para aquecimento da água do banho ou para outros usos (veja mais informações sobre Energia solar em Fontes de Energia).

Energia Cinética

Está presente quando algo está em movimento. Por exemplo, a energia da água do rio, do vento ou das marés. Essa energia pode ser transformada em energia elétrica, quando se direciona algum desses fluidos para girar um equipamento elétrico.

• Na Usina Hidrelétrica (hidro=água), a água do rio faz a turbina girar, transformando a energia cinética em eletricidade. 
  

• Na Usina Eólica, o vento empurra as pás do aerogerador (que parece um cata-vento). As pás giram e o gerador transforma a energia cinética em eletricidade. 
  

• Na Usina Termelétrica, um combustível é queimado. Esse combustível pode ser gás, óleo, bagaço de cana de açúcar ou outro material. Ao queimar o combustível, o calor gerado aquece a água de uma caldeira, que se transforma em vapor, que gira uma turbina, transformando a energia térmica (calor) em energia cinética (movimento) e depois em energia elétrica. 
  

Veja mais sobre essas usinas e o que mais podemos utilizar na natureza para gerar energia útil para nós, no item Fontes de Energia.

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Geração ou Conversão de Energia?

Talvez você conheça a Lei de Conservação da Matéria, do químico Lavoisier: "Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma".

Isso também é verdade para a energia, como demonstrou o físico James P. Joule. Usualmente, quando utilizamos o termo "geração de energia", estamos nos referindo, na verdade, a um processo de transformação, conversão. A energia elétrica, por exemplo, é "gerada" a partir da conversão de outras formas de energia.

Para ler mais sobre isso, entre em páginas de universidades públicas, como a Unicamp e a UFRGS.

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Energia primária e Energia útil

Quando acionamos o interruptor, conectamos fios elétricos que estão instalados dentro da parede dos cômodos da casa. Esses fios estão ligados a um painel que recebe energia da rua e conduzem essa energia até os aparelhos que você utiliza em sua casa.

A energia elétrica que está disponível nos fios das nossas casas pode ser chamada de "energia final". Recebe esse nome, pois já pode ser usada pelo usuário final, você.​ Os fios que chegam à nossa casa estão ligados aos postes e a cabos suspensos. Em alguns bairros ou cidades, esses cabos são subterrâneos, ou seja, passam por baixo da terra.

Esses cabos estão ligados à subestação de energia elétrica, que contém aparelhos chamados transformadores. Esses transformadores transformam a eletricidade que chega até ela em uma forma adequada para ser distribuída pela cidade. Essas transformações na eletricidade são necessárias para facilitar todo o transporte dessa energia até a nossa casa e poder ser utilizada em nossos interruptores e eletrodomésticos.

É mais ou menos o que se faz com água: quando se pega água no rio para levar até a cidade, a água passa por um tubo enorme e com uma alta pressão. Para diminuir a pressão até ficar adequada e segura para nosso uso, a água vai sendo passada para tubos menores até chegar às nossas casas.

A eletricidade que chega à subestação está sendo trazida pela linha de transmissão (LT), que é um conjunto de torres altas e cabos elétricos. Você já deve ter visto alguma dessas linhas de transmissão ao viajar por estradas, como no exemplo da figura.

Essas linhas vêm das usinas de geração de energia elétrica. As usinas de geração fazem a transformação de formas diferentes de energia disponíveis na natureza em eletricidade. 

Essas formas disponíveis na natureza podem ser o vento, a água do rio, o carvão, o gás natural, entre outras opções. Essa forma natural é conhecida como "energia primária", pois está na sua primeira forma, ou forma bruta. Como não há eletricidade disponível na natureza, pelo menos não de forma fácil (você não vai ficar esperando um raio cair, vai?), temos que transformar as fontes primárias em eletricidade, ou seja, na nossa energia final.

Na maior parte das usinas de geração elétrica, a "energia primária" é transformada em eletricidade por uma turbina, um equipamento que roda, transformando uma forma de energia em outra, como explicamos acima. O que faz essa turbina rodar pode ser água, vento ou vapor, nas usinas do tipo hidrelétrica, eólica ou termelétrica. Acesse o Infográfico Energia Elétrica e veja o caminho completo da eletricidade. Além desses exemplos, o que mais podemos utilizar na natureza para transformar formas de energia em nosso favor? Veja em Fontes de Energia.

Até a próxima!

Como é transformada a energia mecânica?

O que produz a energia mecânica?

Quais são as duas formas de energia mecânica?

Como transformar calor em energia mecânica?