O que é energia potencial
Energia potencial é a energia armazenada por causa da posição ou da deformação de um corpo, pronta para virar movimento. Uma caixa d'água no alto do prédio, uma pedra na beira de um barranco e um estilingue esticado têm energia potencial: basta soltá-los para que ela se transforme em energia cinética. A calculadora trata os dois tipos estudados no ensino médio: a gravitacional e a elástica.
Energia potencial gravitacional
Ep = m × g × h
- Ep: energia potencial gravitacional, em joules (J)
- m: massa, em quilogramas (kg)
- g: aceleração da gravidade, em m/s²
- h: altura em relação ao nível de referência, em metros (m)
Isolando as outras grandezas: h = Ep ÷ (m·g) e m = Ep ÷ (g·h).
Qual valor de g usar?
| Valor de g | Quando usar |
|---|---|
| 10 m/s² | Exercícios escolares, Enem e vestibulares (quando o enunciado indicar) |
| 9,8 m/s² | Valor usual na superfície da Terra |
| 9,80665 m/s² | Gravidade padrão, usada em definições e conversões de unidades |
| 1,62 m/s² | Lua |
| 3,71 m/s² | Marte |
Exemplos
Um corpo de 2 kg a 5 m de altura: com g = 10 m/s², Ep = 2 × 10 × 5 = 100 J; com g = 9,8 m/s², Ep = 2 × 9,8 × 5 = 98 J. Se ele cair sem resistência do ar, chega ao chão a v = √(2 × 10 × 5) = 10 m/s.
Uma caixa d'água de 1.000 litros cheia (cerca de 1.000 kg) a 10 m do chão guarda 1.000 × 9,8 × 10 =98.000 J (98 kJ), aproximadamente 0,027 kWh.
Energia potencial elástica
Ep = k × x² ÷ 2
- k: constante elástica da mola, em N/m (quanto maior, mais "dura" a mola)
- x: deformação, ou seja, quanto a mola foi esticada ou comprimida, em metros
Exemplo: uma mola com k = 200 N/m comprimida 10 cm (0,1 m) armazena 200 × 0,1² ÷ 2 = 1 J, e a força que ela faz nesse ponto, pela Lei de Hooke (F = k·x), é de 20 N. Como x entra ao quadrado, dobrar a deformação quadruplica a energia.
Conservação da energia mecânica
Sem atrito nem resistência do ar, a soma da energia potencial com a cinética se mantém constante. É assim que se resolve boa parte dos exercícios de montanha-russa, pêndulo e queda livre: m·g·h = m·v² ÷ 2, o que dá v = √(2·g·h), independentemente da massa. Para calcular a energia de um corpo em movimento, use acalculadora de energia cinética; para converter joules em outras unidades, o conversor de energia.