EXTENSIVO 2012

Disciplina: Física – Aula 8 Professora: Amanda

Estudante:__________________________________________________

Energia

A energia é algo com que convivemos constantemente. Para nos mantermos vivos,

precisamos nos alimentar e, para isso, extrair a energia dos alimentos. Historicamente, o homem se

encontra em uma busca constante por formas de energia. A queda das águas para gerar energia

elétrica, a queima de combustíveis para a geração de movimento e mais um enorme número de

exemplos. Desses todos, é importante observar que em nenhum deles ocorreu criação de energia,

mas sim a sua transformação. Um caso clássico que pode ser citado é o de uma usina hidrelétrica,

onde ocorre a transformação da energia mecânica em energia elétrica.

Formas de Energia

Energia Cinética

Considere um corpo inicialmente em repouso, como por exemplo, uma bicicleta. Para colocá-la em movimento será necessária a aplicação de uma força e, com isso, a realização de trabalho. Se essa força for paralela ao deslocamento, o trabalho será determinado pelo produto da força pelo

deslocamento. F . d

A força aplicada é determinada pela Segunda lei de Newton, ou seja: F = m.a

Considerando que a força aplicada foi constante e que a bicicleta partiu do repouso, então a ela realizará um movimento uniformemente variado e o seu deslocamento e a sua velocidade serão determinadas da seguinte forma:

d =

v = a.t

Substituindo as equações de força e deslocamento na definição de trabalho, teremos:

Lembre que v = a.t e então chegaremos à equação que determina o trabalho realizado pela

força aplicada a essa bicicleta, para que ela atinja a velocidade v.

A expressão acima é definida como energia cinética, e expressa a capacidade de um corpo

em movimento para realizar trabalho.

Energia potencial gravitacional

Estamos todos submetidos a uma força da gravidade e essa força é praticamente constante quando se está próximo à superfície do planeta. Agora, imagine-se segurando uma pedra a certa altura do solo. Para fazê-la entrar em movimento, basta largá-la e durante a queda haverá a realização de trabalho pela força gravitacional.

Observe que quanto maior for a altura inicial da pedra, tanto maior será o trabalho realizado pela força da gravidade, pois maior será o deslocamento realizado por ela. É importante perceber que a pedra entra em movimento espontâneo, ou seja, você não precisa forçar o movimento. Se isso ocorre, é porque na pedra existe uma energia armazenada que será utilizada na realização de trabalho. Essa energia é definida como energia potencial e, no caso descrito, isto é, em que a força da gravidade realiza trabalho, essa energia é definida como energia potencial gravitacional. A energia potencial depende da posição do objeto. No caso da energia potencial gravitacional a posição é definida pela a altura em que o objeto se encontra de um nível horizontal definido como nível de referência.

Para determinar o valor da energia potencial gravitacional, basta sabermos o valor do trabalho realizado pela força peso, ou seja, a energia potencial gravitacional é numericamente igual ao trabalho da força peso.

Energia mecânica

Considere novamente um corpo em queda. Durante esse movimento, observamos que, ao longo do trabalho realizado pela força peso, ocorre um aumento da energia cinética, pois há um aumento de velocidade. O trabalho da força peso realizado durante esse movimento pode ser determinado pela variação da energia cinética, ou seja:

A expressão matemática anterior é conhecida como o Teorema da Energia Cinética. Observe também, que durante a queda, a energia potencial do corpo diminui, pois se tomarmos como nível de referência o solo, a altura do corpo em relação ao mesmo, está diminuindo. Nesse caso, o trabalho realizado pela força peso pode ser determinado pelo decréscimo da energia potencial, isto é:

As duas equações mencionadas aqui são usadas para o mesmo fim, que é a determinação do trabalho da força peso, e por isso elas são iguais. Igualando a primeira equação com a segunda, teremos:

Isolando os termos de energia cinética dos termos de energia potencial, chegamos ao seguinte resultado:

A soma da energia cinética com a energia potencial é definida como energia mecânica, e a expressão anterior mostra a sua conservação durante qualquer movimento sob ação exclusiva de forças conservativas, como por exemplo, na mecânica, a força peso e a força elástica. Sistemas físicos que se encontram sob essa situação são definidos como sistemas conservativos.

Energia mecânica

Sistema conservativo No nosso dia-a-dia, é muito difícil encontrarmos um sistema conservativo. Em uma queda real

existe o atrito com o ar e isso fará com que a energia mecânica inicial seja diferente da energia mecânica final, e tal diferença ocorre porque o atrito provoca a dissipação em forma de calor. Essa energia dissipada tem o seu valor, em módulo, igual à diferença da energia mecânica inicial pela energia mecânica final.

Fontes de Energia

Não-renováveis

Petróleo

Esse óleo de origem fóssil, que levou milhões de anos para ser formado nas rochas

sedimentares, se tornou a principal fonte de energia do mundo moderno. Aqui no Brasil, a maior parte

das reservas está nos campos marítimos, em lâminas d’água com profundidades maiores do que as

dos demais países produtores.

Energia Termelétrica Conhecida também por calorífica, esta energia é resultante da combustão de materiais de

fontes não renováveis, por exemplo, carvão, petróleo e gás natural, e também outros de fontes renováveis como a lenha, o bagaço de cana, etc. A energia termelétrica pode ser utilizada tanto como energia mecânica como também por eletricidade.

Energia Nuclear

A energia nuclear, também chamada atômica, é obtida a partir da fissão do núcleo do átomo

de urânio enriquecido, liberando uma grande quantidade de energia. A energia nuclear mantém unidas

as partículas do núcleo de um átomo. A divisão desse núcleo em duas partes provoca a liberação de

grande quantidade de energia.

Renováveis

Biocombutíveis

Os biocombustíveis são combustíveis com fontes renováveis, obtidos a partir do

beneficiamento de determinados vegetais, entre os quais podemos citar: cana-de-açúcar, plantas

oleaginosas, resíduos agropecuários, eucalipto, além de muitos outros.

Energia Hidrelétrica

Energia proveniente da força da água, isto é, uma grande quantidade de água que atinge as

turbinas, de altura elevada, fazendo com que o gerador elétrico seja acionado, proporcionando energia

elétrica a toda população próxima à usina hidrelétrica.

Energia Solar – Térmica e Fotovoltáica

A energia térmica é gerada a partir de coletores solares que ao captar a energia provinda do

Sol transfere à água, utilizada geralmente em chuveiros elétricos, pois a água é totalmente aquecida

quando recebe a energia térmica. Já a energia fotovoltaica, possui duas possíveis formas de ser

coletadas, seja por lâminas ou por painéis conhecidos por painéis fotovoltaicos, tanto um como o outro

são compostos de um material que possui capacidade de capturar a radiação liberada pelo sol e

produzir energia elétrica. A energia fotovoltaica possui mais um fator interessante, ela poder ser

utilizada diretamente ou então pode ser abrigada em baterias para ser utilizada quando não houver sol.

Energia Eólica

A energia eólica é a energia obtida pelo movimento do ar (vento). É uma abundante fonte de energia, renovável, limpa e disponível em muitos lugares.

Energia Geotérmica A energia geotérmica se caracteriza pelo calor proveniente da Terra, é a energia calorífera

gerada a menos de 64 quilômetros da superfície terrestre, em uma camada de rochas, chamada magma, que chega a atingir até 6.000°C. Geo significa terra e térmica corresponde a calor, portanto, geotérmica é a energia calorífica oriunda da terra.

Exercícios

01-(ENEM) Na figura a seguir está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade.

Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina: a) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina. b) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água. c) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento. d) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água. e) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água.

02-(UEPB) O princípio da conservação da energia constitui uma das grandes generalizações científicas elaboradas no século XIX. A partir dele, todas as atividades humanas passaram a ter um “denominador comum” – a energia. Com base na compreensão desse princípio, relacione os objetos ou fenômenos numerados de 1 a 5, com as transformações de energia correspondentes, abaixo deles.

(1) No movimento de uma pessoa que escorrega num tobogã. (2) Um secador de cabelos possui um ventilador que gira e um resistor que se aquece quando o aparelho é ligado à rede elétrica. (3) Um automóvel em que a bateria constitui a fonte de energia para ligar o motor de arranque, acender os faróis e tocar a buzina, etc. (4) Na usina hidroelétrica, onde a queda-d’agua armazenada em uma represa passa pela tubulação fazendo girar uma turbina e seu movimento de rotação é transmitido a um gerador de eletricidade.

(5) Na usina térmica, onde a queima do carvão ou petróleo (óleo combustível) provoca a vaporização da água contida em uma caldeira. Esse vapor, em alta pressão, faz girar uma turbina e essa rotação é transmitida ao gerador de eletricidade. ( ) A energia elétrica transforma-se em energia de movimento (cinética) e térmica. ( ) A energia potencial transforma-se em energia cinética e térmica. ( ) A energia potencial de interação gravitacional transforma-se em energia cinética, que se transforma em elétrica. ( ) A energia potencial química transforma-se em energia de movimento (ou cinética) em luminosa e em sonora. ( ) A energia potencial química transforma-se em energia térmica, que se transforma em cinética e, por sua vez, transforma-se em elétrica. 03-(ENEM) A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica. Abaixo está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear.

A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações: I. a energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor a alta pressão, aciona a turbina. II. a turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada mecanicamente ao gerador para produção de energia elétrica. III. a água depois de passar pela turbina é pré-aquecida no condensador e bombeada de volta ao reator. Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s):

a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III.

04- (ENEM) O setor de transporte, que concentra uma grande parcela da demanda de energia no país, continuamente busca alternativas de combustíveis. Investigando alternativas ao óleo diesel, alguns especialistas apontam para o uso do óleo de girassol, menos poluente e de fonte renovável, ainda em fase experimental.

Foi constatado que um trator pode rodar, NAS MESMAS CONDIÇÕES, mais tempo com um litro de óleo de girassol, que com um litro de óleo diesel.

Essa constatação significaria, portanto, que usando óleo de girassol, a) o consumo por km seria maior do que com óleo diesel.

b) as velocidades atingidas seriam maiores do que com óleo diesel. c) o combustível do tanque acabaria em menos tempo do que com óleo diesel. d) a potência desenvolvida, pelo motor, em uma hora, seria menor do que com óleo diesel. e) a energia liberada por um litro desse combustível seria maior do que por um de óleo diesel.

05- (Uerj-RJ) Um veículo consumiu 63,0 L de gás natural para percorrer uma distância de 225 km. A queima de 28,0 L de gás natural libera 1,00 × 10

6 J de energia.

A energia consumida, em joules, por quilômetro, foi igual a:

a) 5,10 × 106 b) 4,50 × 10

5 c) 1,00 × 10

4 d) 2,25 × 10

3 e)

2,25.102

06-(ENEM) A tabela a seguir apresenta alguns exemplos de processos, fenômenos ou objetos em que ocorrem transformações de energia. Nessa tabela, aparecem as direções de transformações de energia. Por exemplo, o termopar é um dispositivo onde energia térmica se transforma em energia elétrica.

Dentre os processos indicados na tabela, ocorre conservação de energia: a) em todos os processos b) somente nos processos que envolvem transformações de energia sem dissipação de calor c) somente nos processos que envolvem transformações de energia mecânica. d) somente nos processos que não envolvem energia química. e) somente nos processos que não envolvem nem energia química nem energia térmica. 07-(ENEM) No diagrama do exercício anterior estão representadas as duas modalidades mais comuns de usinas elétricas, as hidroelétricas e as termoelétricas. No Brasil, a construção de usinas hidroelétricas deve ser incentivada porque essas:

I. utilizam fontes renováveis, o que não ocorre com as termoelétricas que utilizam fontes que necessitam de bilhões de anos para serem reabastecidas. II. apresentam impacto ambiental nulo, pelo represamento das águas no curso normal dos rios. III. aumentam o índice pluviométrico da região de seca do Nordeste, pelo represamento de águas. Das três afirmações acima, somente: a) I está correta b) II está correta c) III está correta d) I e II estão corretas e) II e III estão corretas