Energia potencial

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Existe uma forma de energia, associada aos corpos, a qual, dependendo da posição que o corpo se encontra em relação a um referencial ou das propriedades elásticas do próprio corpo, faz com que o mesmo armazene energia para realizar trabalho. Esta é a energia potencial!

O termo energia potencial, ou ainda energia de posição, foi criado por Willian Rankine, em 1853.

Contudo, nem toda forma de energia existente pode ser potencial. A razão disso é porque existem forças conservativas e forças dissipativas.

As forças conservativas são aquelas em que:

• a) o trabalho independe da trajetória; e
• b) se o corpo sai da posição inicial e retorna para ela novamente (circuito fechado), o trabalho total realizado pela força conservativa sobre o corpo é nulo.

Já a força dissipativa é aquela que não atende o item (b) descrito acima, ou seja, o trabalho total no circuito fechado não será nulo. Para que haja energia potencial, é necessário que as forças sejam conservativas!

A fim de entender a diferença entre estas duas forças, suponhamos que uma força conservativa esteja atuando em um corpo. Seja o trabalho (externo) τ_ext realizado por esta força conservativa para acumular energia potencial no corpo e, seja o trabalho (interno) τ_int feito pelo corpo para gastar esta energia potencial recebida em outra forma de energia. Se a energia potencial é totalmente transformada em outra forma forma de energia, que gere trabalho novamente (sistema conservativo), o trabalho externo adquirido será totalmente gasto também em forma de trabalho (o interno). Desta forma,

$<![CDATA[ \tau_{\text{ext}}=-\tau_{\text{int}} ]]>$

Assim, somando os trabalhos interno e externo, a soma será nula. O sinal negativo se deve a perda de energia pelo corpo, visto que ele ganha energia potencial (+ τ_ext) e depois a gasta totalmente (- τ_int). Como energia é uma grandeza escalar, não vetorial, esta transformação da energia potencial em outra, sem perdas, independe da trajetória, contanto que o corpo volte a sua posição inicial, como visto no item (a).

Agora suponhamos um corpo sob efeitos de uma força dissipativa. O trabalho externo τ_ext feito para acumular energia potencial no corpo não será totalmente gasto na forma de trabalho interno τ_int. Se o trabalho externo for totalmente gasto, uma parte será em forma de trabalho interno e outra parte em outras formas de energia que não geram trabalho. Chamaremos elas de energia dissipada E_dis. Assim, temos

$<![CDATA[ \tau_{\text{ext}}=-(\tau_{\text{int}}+E_{\text{dis}}) ]]>$

Desta maneira, a soma dos trabalhos interno e externo não será mais nula.

Como exemplos de forças conservativas temos a força elástica, a força gravitacional, a força eletrostática, etc. Já exemplos de forças dissipativa temos a força de atrito, a força de arrasto, etc.

Na mecânica, são estudadas a energia potencial gravitacional e a energia potencial elástica. Já na eletrodinâmica, é estudada a energia potencial elétrica (ou potencial elétrico).

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