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O que é energia cinética?

Energia cinética ou energia de movimento é uma forma de energia que um corpo tem em movimento devido à inércia da massa. Em quadros de referência não relativísticos, a energia cinética é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade. É o mesmo que o trabalho que precisa ser feito para mover o corpo do estado de repouso para a condição em que se encontra.

O que é energia cinética?

Na mecânica clássica, fazemos as seguintes considerações:

  • Um corpo com massa m que se move a uma velocidade v tem uma energia cinética Ec = (m · v 2 ) / 2.
  • Se o corpo também girar em torno do centro de massa, ele terá energia cinética como resultado dessa rotação. Ec = (I · w 2 ) / 2. Na equação acima, I é a inércia do corpo ew é a velocidade angular.
  • Com um movimento geral, o teorema de König é aplicável, e a energia cinética total é a soma das energias cinéticas de ambos os movimentos.

Conversão de energia

A energia cinética total de um sistema pode, por exemplo, mudar quando convertida em ou a partir de energia potencial, convertendo energia química em um motor de combustão interna, incluindo um motor de foguete, e disparando um projétil, e por calor ou energia. térmica, em caso de atrito ou colisão.

A velocidade e, portanto, também a energia cinética, depende do sistema inercial escolhido. A energia cinética total de um sistema é menor quando o centro de massa desse sistema está em repouso. Em outros casos, a energia cinética correspondente ao movimento da massa total é adicionada à velocidade do centro de massa.

A velocidade do centro de massa de um sistema fechado permanece constante devido à lei de conservação do momento. As mudanças na energia cinética total do sistema, como nos exemplos anteriores, dependem, portanto, não da estrutura inercial, mas das mudanças nas partes do sistema.

Por exemplo, se dois corpos se atraem e sua separação se torna menor, a energia potencial é convertida em energia cinética. Dependendo do sistema inercial, esse aumento na energia cinética aumenta de maneira diferente para cada um dos dois corpos. Até a energia cinética de um corpo pode diminuir, aumentando a energia do outro.

Da mesma forma, se um foguete converte energia química em energia cinética, depende da velocidade do foguete (e, portanto, do sistema inercial) até que ponto esse aumento na energia cinética total beneficia o foguete e em que extensão a massa A reação e a energia cinética do foguete podem até diminuir, aumentando a massa da reação ou vice-versa.

Com uma matriz, no caso de uma colisão central totalmente elástica, a energia cinética transmitida depende do sistema inercial da seguinte maneira: essa energia é proporcional à velocidade do centro de massa dos objetos em colisão.

Energia cinética de tradução

A energia cinética total de translação de dois corpos em relação ao centro de massa pode ser calculada com base na massa reduzida e na velocidade mútua, veja o problema dos dois corpos. A distribuição dessa energia entre os dois corpos é inversamente proporcional à massa.

Por exemplo, com o sistema de um carro em movimento e o resto da Terra, a energia cinética do resto da Terra dificilmente muda com as mudanças de velocidade do carro, embora o momento sempre mude na mesma medida que o carro.

No caso de um problema de três corpos com o Sol, a Terra e uma cápsula espacial, a energia cinética do Sol em relação ao centro de massa dos três corpos também é insignificante. Mudanças na energia cinética da Terra através da interação com a cápsula agora não são desprezíveis em relação à energia cinética da cápsula, veja também a taxa de escape.

A energia cinética nas moléculas

A energia cinética total de translação das moléculas locais é a soma, por um lado, da energia cinética correspondente ao movimento da massa total dessas moléculas na velocidade de seu centro de massa (isto é, movimento macroscópico) e, por outro lado, a energia translacional cinética relativa ao centro de massa. Este último está relacionado à temperatura no local correspondente.

Com um gás ideal, a energia cinética de translação relativa ao centro de massa é um total de 3/2 vezes a pressão multiplicada pelo volume e proporcional à temperatura, ou seja, 12,47 J por mole por Kelvin. Este último é 3/2 vezes a constante de gás e, nas moléculas de átomo único, é igual ao calor específico em volume constante.

Nas moléculas multiatômicas, existe outra energia que aumenta com a temperatura, a da rotação e vibração das moléculas, aumentando o calor específico.

Na mesma temperatura (e em particular também em uma mistura gasosa), moléculas pesadas têm em média a mesma energia cinética de tradução que a luz (teoria da equipartição); Portanto, eles têm uma velocidade menor.

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Autor:

Data de publicação: 8 de maio de 2019
Última revisão: 8 de maio de 2019