A energia cinética é a energia da massa em movimento.

Uma colisão de bolas de bilhar é um exemplo de energia cinética sendo transferida de um objeto para outro. Crédito da imagem: Shutterstock

A energia cinética de um objeto é a energia que ele tem por causa de seu movimento. 

Na mecânica newtoniana (clássica), que descreve objetos macroscópicos movendo-se a uma pequena fração da velocidade da luz, a energia cinética (E) de um corpo massivo em movimento pode ser calculada como metade de sua massa (m) vezes o quadrado de sua velocidade. (v):  E = ½mv2. Observe que a energia é uma grandeza escalar, ou seja, não depende de direção, e é sempre positiva. Quando dobramos a massa, dobramos a energia; no entanto, quando dobramos a velocidade, a energia aumenta por um fator de quatro. 

Vamos ao trabalho

Talvez a propriedade mais importante da energia cinética seja sua capacidade de realizar trabalho. O trabalho é definido como a força que atua sobre um objeto na direção do movimento. O trabalho e energia estão tão intimamente relacionados que são intercambiáveis. Enquanto a energia do movimento é geralmente expressa como E  = ½ mv² , o trabalho (W) é mais frequentemente considerado como força (F) vezes a distância (d):  W  =  Fd . Se quisermos alterar a energia cinética de um objeto massivo, devemos realizar trabalho sobre ele.

Por exemplo, para levantar um objeto pesado, devemos fazer um trabalho para superar a força da gravidade e mover o objeto para cima. Se o objeto for duas vezes mais pesado, será necessário o dobro de trabalho para levantá-lo na mesma distância. Também é preciso duas vezes mais trabalho para levantar o mesmo objeto duas vezes mais. Da mesma forma, para deslizar um objeto pesado sobre um piso, devemos superar a força de atrito entre o objeto e o piso. O trabalho necessário é proporcional ao peso do objeto e à distância em que ele é movido. (Observe que se você estiver carregando um piano nas costas por um corredor, você não está realmente fazendo nenhum trabalho real).

Energia potencial

A energia cinética pode ser armazenada. Por exemplo, dá trabalho levantar um peso e colocá-lo em uma prateleira ou comprimir uma mola. O que acontece com a energia então? Sabemos que a energia é conservada, ou seja, não pode ser criada ou destruída; ela só pode ser convertida de uma forma para outra. Nesses dois casos, a energia cinética é convertida em energia potencial porque, embora não esteja realmente realizando trabalho, ela tem potencial para realizar trabalho. Se soltarmos o objeto da prateleira ou soltarmos a mola, essa energia potencial será convertida de volta em energia cinética. 

A energia cinética também pode ser transferida de um corpo para outro em uma colisão, que pode ser elástica ou inelástica. Um exemplo de colisão elástica seria uma bola de bilhar atingindo outra. Ignorando o atrito entre as bolas e a mesa ou qualquer rotação transmitida à bola branca, idealmente a energia cinética total das duas bolas após a colisão é igual à energia cinética da bola branca antes da colisão. 

Um exemplo de colisão inelástica pode ser um vagão de trem em movimento colidindo com um vagão parado, semelhante e se acoplando a ele. A energia total permaneceria a mesma, mas a massa do novo sistema seria dobrada. O resultado seria os dois vagões continuando na mesma direção com uma velocidade menor tal que mv₂² = ½ mv₁², onde m é a massa de um vagão, v₁ é a velocidade do primeiro vagão e v₂ é a velocidade dos vagões acoplados após a colisão. Dividindo por m e tirando a raiz quadrada de ambos os lados obtemos v₂ = √2/2·v₁. (Observe que v₂ ≠ ½ v₁).

Além disso, a energia cinética pode ser convertida em outras formas de energia e vice-versa. Por exemplo, a energia cinética pode ser convertida em energia elétrica por um gerador ou em energia térmica pelos freios de um carro. Por outro lado, a energia elétrica pode ser convertida de volta em energia cinética por um motor elétrico, a energia térmica pode ser convertida em energia cinética por uma turbina a vapor e a energia química pode ser convertida em energia cinética por um motor de combustão interna.

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Referência:

LUCAS, Jim. What Is Kinetic Energy? Live Science, Nova York, 12, jun. 2014. References. Disponível em: <https://www.livescience.com/46278-kinetic-energy.html>. Acesso em: 10, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.