A energia potencial é a energia armazenada em um objeto devido à sua posição ou configuração. Um exemplo clássico de energia potencial é a energia armazenada em um objeto elevado, como uma bola que está sendo segurada acima do solo. Essa energia é convertida em energia cinética quando o objeto é deixado cair.
Existem diferentes formas de energia potencial, mas o exemplo mais comum no estudo da física do ensino médio é a energia potencial gravitacional, que está relacionada com a altura de um objeto em relação ao solo.
Fórmula da Energia Potencial Gravitacional:
\[
E_p = m \cdot g \cdot h
\]
Onde:
- \( E_p \): Energia potencial gravitacional (em joules, J)
- \( m \): Massa do corpo (em kg)
- \( g \): Aceleração da gravidade (em m/s², aproximadamente 9,8 m/s² na superfície da Terra)
- \( h \): Altura em relação ao nível de referência (em metros, m)
Como chegamos nessa fórmula?
A fórmula da energia potencial gravitacional pode ser compreendida com base na ideia de que a energia é armazenada quando um objeto é elevado a uma certa altura. Para entender a derivação, considere a definição de trabalho. O trabalho realizado para elevar um objeto contra a força da gravidade é igual à energia potencial que o objeto adquire.
Quando você aplica uma força para levantar um objeto, o trabalho realizado é dado por:
\[
T = F \cdot h
\]
Onde \( F \) é a força necessária para levantar o objeto, e \( h \) é a altura. A força necessária para levantar um objeto é igual ao seu peso, que é dado por:
\[
F = m \cdot g
\]
Substituímos essa expressão de força na fórmula do trabalho:
\[
T = m \cdot g \cdot h
\]
Esse trabalho realizado para levantar o objeto é o mesmo que a energia potencial que o objeto ganha ao ser elevado. Portanto, a energia potencial gravitacional do objeto é:
\[
E_p = m \cdot g \cdot h
\]
Unidades no SI
- Massa \( m \): kg (quilograma)
- Aceleração da gravidade \( g \): m/s² (metros por segundo ao quadrado)
- Altura \( h \): m (metro)
- Energia potencial \( E_p \): J (joule)
Exemplos e Aplicações
Vamos aplicar a fórmula da energia potencial em dois exemplos.
Exemplo 1: Energia potencial de um objeto elevado
Uma bola de 2 kg é levantada a uma altura de 10 m. Qual a sua energia potencial?
Exemplo 2: Energia potencial de uma caixa em prateleira
Uma caixa de 5 kg está sobre uma prateleira a 3 m de altura. Qual é a energia potencial da caixa?
Tabela Resumo
| Grandeza | Fórmula |
|---|---|
| Energia potencial gravitacional | \( E_p = m \cdot g \cdot h \) |