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Energia cinética

Energia cinética

A energia cinética ou energia do movimento é uma forma de energia que tem um corpo em movimento devido à inércia da massa. Em referenciais 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 que o corpo passe do estado de repouso para a condição em que é encontrado.

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 sofre uma rotação em torno do centro de massa, ele terá uma energia cinética como resultado dessa rotação. Ec = (I · W 2 ) / 2. Na equação acima eu é a inércia do corpo e w 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 para 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 calor ou energia. térmica, em caso de atrito ou colisão.

A velocidade e, portanto, também a energia cinética dependem 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 que corresponde ao movimento da massa total para a velocidade do centro de massa é adicionada. 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, portanto, não dependem do quadro de inércia, mas sim de 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.

Similarmente, se um foguete converte energia química em energia cinética, então depende da velocidade do foguete (e portanto do sistema inercial) até que ponto este aumento na energia cinética total beneficia o foguete e até que ponto a massa de reação e a energia cinética do foguete pode até diminuir, aumentando a massa de reação, ou vice-versa. Com um dado, no caso de uma colisão central completamente elástica, a energia cinética transmitida depende do sistema inercial da seguinte forma: esta energia é proporcional à velocidade do centro de massa dos objetos em colisão.

Energia de tradução cinética

A energia da translação cinética total de dois corpos em relação ao centro de massa pode ser calculada com base na massa reduzida e na velocidade mútua, ver o problema de 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 na velocidade do carro, embora o impulso sempre mude na mesma medida que o automóvel.

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. As 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 de tradução cinética total das moléculas locais é a soma, por um lado, da energia cinética correspondente ao movimento da massa total dessas moléculas à velocidade de seu centro de massa (isto é, movimento macroscópico) e, por outro lado, a energia da tradução cinética relativa ao centro de massa. Este último está relacionado com a temperatura na localização correspondente.

Com um gás ideal, a energia de translação cinética 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 um único átomo é igual ao calor específico em volume constante. Com as moléculas de vários átomos, há uma outra energia que aumenta com a temperatura, ou seja, a rotação e a vibração das moléculas, de modo que o calor específico é maior.

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

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Última revisão: 8 de maio de 2019

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