Energia Cinética, Potencial e Mecânica:
De um modo geral, a energia pode ser
definida como capacidade de realizar trabalho ou como o resultado da realização
de um trabalho.
Na prática, a energia pode ser melhor
entendida do que definida.
Quando se olha para o Sol, tem-se a
sensação de que ele é dotado de muita energia, devido à luz e ao calor que
emite constantemente.
Energia Cinética:
A energia que um corpo adquire quando
está em movimento chama-se energia cinética. A energia cinética depende de dois
fatores: da massa e da velocidade do corpo em movimento.
Qualquer corpo que possuir velocidade
terá energia cinética.
Energia Potencial
É um tipo de energia que o corpo
armazena, quando está a uma certa distância de um referencial de atração
gravitacional ou associado a uma mola.
Existe uma forma de energia que está
associada a posição, ou melhor, uma energia que fica armazenada, pronta para se
manifestar quando exigida, esta forma de energia recebe o nome de Potencial.
Quando discutimos o conceito de
trabalho, falamos sobre dois casos especiais: o trabalho do peso e da força
elástica. Esses trabalhos independem da trajetória e conduzem ao conceito de
uma nova forma de energia – Energia Potencial.
Energia Potencial Gravitacional (EPG)
Devido ao campo gravitacional um corpo
nas proximidades da superfície terrestre tende a cair em direção ao centro da
Terra, este movimento é possível devido a energia guardada que ele possuía.
Esta energia é chamada Potencial Gravitacional.
Energia Potencial Elástica (EPE)
Ao esticarmos ou comprimirmos uma mola
ou um elástico, sabemos que quando soltarmos esta mola ela tenderá a retornar a
sua posição natural (original). Essa tendência de retornar a posição natural é
devido a algo que fica armazenado na mola a medida que ela é esticada ou
comprimida. Este algo é a energia potencial elástica.
Energia Mecânica (Emec)
Chamamos de Energia Mecânica a todas as
formas de energia relacionadas com o movimento de corpos ou com a capacidade de
colocá-los em movimento ou deformá-los.
Conservação da Energia mecânica
A energia mecânica (Emec) de um sistema é a soma da energia cinética e da
energia potencial.
Quando um objeto está a uma altura h,
ele possui energia potencial; à medida que está caindo, desprezando a
resistência do ar, a energia potencial gravitacional do objeto que ele possui
no topo da trajetória vai se transformando em energia cinética e quando atinge
o nível de referência a energia potencial é totalmente transformada em energia
cinética. Este é um exemplo de conservação de energia mecânica.
Na ausência de forças dissipativas, a
energia mecânica total do sistema se conserva, ocorrendo transformação de
energia potencial em cinética e vice-versa.
O que é energia potencial elástica?
Energia potencial elástica é a energia armazenada como resultado da aplicação de uma força para
deformar um objeto elástico. A energia é armazenada até que a força seja
removida e o objeto volte à sua forma original, realizando trabalho no
processo. A deformação pode envolver comprimir, esticar ou torcer o objeto.
Muitos objetos são projetados especificamente para armazenar energia potencial
elástica, por exemplo:
·
A mola espiral de um relógio de corda.
·
Um arco-flecha dobrado.
·
Um trampolim envergado, logo antes do
salto dos mergulhadores.
·
Uma tira de borracha que aciona um
avião de brinquedo.
·
Uma bola de borracha, comprimida no
momento em que quica de uma parede de tijolos.
Um objeto projetado para armazenar energia potencial elástica
normalmente terá um limite elástico alto, no entanto, todos os objetos
elásticos têm um limite para a carga que podem sustentar. Quando deformado além
do limite elástico, o objeto poderá romper, e se não romper, geralmente irá
retornar à sua forma original.
Energia
Potencial Elétrica
De modo geral, podemos dizer que se uma carga q é
colocada em um ponto onde o potencial elétrico é V, ela possui nesta posição
uma energia potencial elétrico.
O Universo...
Hoje podemos afirmar categoricamente
que não sabemos do que é feito o Universo, porém, estima-se que cerca de 96% de
tudo que existe é feito de matéria exótica, mais precisamente,
de energia escura e matéria escura. Esse tipo de matéria só pode ser
percebida indiretamente, observando os efeitos das mesmas sobre corpos no
espaço. Ainda é desconhecido uma forma de observar a matéria exótica e
comprovar sua existência diretamente e experimentalmente. O restante da matéria
do Universo ( os 4% restantes) é constituído de matéria bariônica, ou seja, a
matéria que formou as estrelas, os planetas e claro, nós. Mas o que são a
matéria escura e energia escura?
A matéria escura e a energia escura são
soluções propostas para explicar alguns fenômenos gravitacionais, e, até onde
sabemos, são coisas distintas.
Matéria Escura
A matéria escura é o nome dado a
substância desconhecida que só é captada através da atração gravitacional que a
mesma exerce sobre os demais corpos celestes perceptíveis, trata-se tão somente
de uma nomenclatura criada para que essa categoria ainda pouco compreendida
pela Cosmologia se torne mais real, passível de ser conhecida.
A matéria escura só pode ser examinada
indiretamente, através das consequências de sua atuação sobre os objetos
visíveis que ocupam o espaço sideral. Sabe-se, por meio do modelo padrão criado
pelos pesquisadores, que a matéria escura é privada de calor. Ela ocupa
aproximadamente 23% da densidade energética do Cosmos, enquanto a energia
escura é responsável por 73% do espaço restante; os outros 4% são constituídos
por matéria bariônica.
Os cientistas, no levantamento
cuidadoso dos corpos que transitam pelo Universo, na mensuração de suas
distâncias e no ato de lhes conferir massa própria, concebem a presença da
matéria escura através de vários e distintos métodos astrofísicos, os quais
partem de diferentes técnicas empíricas. Alguns destes sistemas são as curvas
de rotação planas de galáxias, o emprego do teorema do virial – cálculo de
energia cinética – a aglutinações de galáxias, entre outros.
Várias teorias predizem a existência da
matéria escura. Por exemplo, a Teoria Inflacionária do Universo acredita que o
Cosmos possui uma alta densidade, a qual só pode ser explicada se houver
matéria escura no espaço sideral. Alguns creem que esta matéria é configurada
por corpúsculos, outros que ela é composta por buracos negros, uns por
astros de mínima radiação luminosa. Desde os anos 30 os astrônomos se ocupam da
presença da matéria escura no Universo.
Energia Escura
A energia escura constitui 73%. Albert
Einstein foi a primeira pessoa a perceber que o espaço vazio não é tão vazio. O
espaço tem propriedades surpreendentes, muitas das quais estão apenas começando
a serem entendidas. A primeira propriedade que Einstein descobriu é que é
possível que mais espaço para vir à existência. Em seguida, uma versão da
teoria da gravidade de Einstein, a versão que contém uma constante cosmológica,
faz uma segunda previsão: o "espaço vazio" pode possuir sua própria
energia, porque esta energia é uma propriedade do próprio espaço, ela não iria
ser diluída quando o espaço expandir. Quanto mais espaço passa a existir,
mais desta energia de falta de espaço iria aparecer. Como resultado, esta forma
de energia faria com que o Universo se expandisse cada vez mais
rápido.
Este tipo de energia é chamada de
“escura” porque deve interagir muito fracamente com a matéria, como a matéria
escura. Se descobrirmos o que é, podemos então trocar o nome para algo menos
misterioso.
Com o estabelecimento do modelo
cosmológico do Big Bang, acreditava-se que a expansão inicial de 13,7 bilhões
de anos atrás estaria diminuindo com o tempo, mas duas equipes de pesquisadores
independentes descobriram em 1998 que a expansão estava acelerando.
A aceleração é determinada pela medida
dos tamanhos relativos do universo em diferentes eras. De uma forma específica,
os astrônomos medem o redshift ou desvio para o vermelho do espectro e a
distância da luminosidade de explosões estelares chamadas supernovas tipo 1a.
O tempo que a luz da supernova leva
para chegar aos telescópios é descoberto examinando a distância da
luminosidade, enquanto a mudança do tamanho do universo entre a explosão e a
observação é determinada pelo desvio para o vermelho. Uma comparação destes
tamanhos em uma sequência de tempo revela que o universo está crescendo cada
vez mais rápido. Desde esta descoberta, os equipamentos ficaram mais sensíveis
e os dados foram confirmados pela medição de outros fenômenos cosmológicos.
A teoria da relatividade prevê que a
aceleração cósmica é determinada pela densidade média de energia e pressão de
todas as formas de matéria e energia no universo. Só que as quantidades da
matéria normal, da energia normal, e da matéria escura não respondem pela
densidade de energia necessária para a aceleração – tem que ser outra coisa.
Uma das hipóteses mais aceitas é que o
universo é preenchido por um mar de energia quântica de ponto zero, que exerce
uma pressão negativa, como uma tensão, fazendo com que o espaço-tempo sofra uma
repulsão gravitacional. É a chamada constante cosmológica, introduzida por Einstein
em outro contexto (e referida por ele como seu maior erro).
A energia escura é responsável pela
aceleração cósmica e dela depende o julgamento da constante cosmológica de
Einstein, uma possível compreensão da teoria fundamental da natureza (gravidade
quântica e o estado quântico do universo), e o destino do universo (Big Chill
ou Big Rip?).
Talvez brevemente, quanto os cientistas
finalmente desenvolverem uma teoria que une a gravitação com a mecânica
quântica (gravitação quântica) ou até mesmo uma nova teoria da gravidade e
claro, com ajuda da futura tecnologia, finalmente saberemos o que constitui a
matéria e a energia escura, que são os maiores mistérios do Universo.
Teoria da Energia Potencial Elástica na
Criação de Novos Mundos:
Agora
que já entendemos que o Universo não é estático e sim dinâmico em razão das múltiplas
formas de apresentação das energias, tanto potenciais como cinéticas, vamos de
maneira simplificada demonstrar como as Energias Potenciais e Cinéticas do
Cosmos, em determinado momento, dão vazão à Criação de Novos Mundos.
Tomemos
a Matéria Escura que tende a comprimir o Universo Conhecido (Força de Atração)
e a Energia Escura que tende a Expandir o Universo Conhecido (Força de
Repulsão) e vamos desenvolver um raciocínio, não através de fórmulas
matemáticas e sim através de uma criação mental.
Imaginem
neste instante uma fração do nosso Universo a sua frente e tente entender as
forças que interagem entre a matéria visível e a matéria invisível.
Exemplificando: é o mesmo que olhar pela sua janela e perceber visualmente a
presença das árvores, das casas, das pessoas e somente verificar a existência
do ar através de seus efeitos, isto é, através da movimentação das folhas, das
nuvens, da poeira.
Estamos
neste momento assistindo a uma luta entre a matéria e energia escuras, além de
outras forças, uma contra a outra, tentando deformar seu entorno, em direções
opostas, num efeito que podemos, dentro de suas limitações, quando rompido este
equilíbrio, comparar com o rompimento de um elástico puxado entre nossas mãos o
que ocasiona sem sombra de dúvida pequenos acidentes devido às forças envolvidas
no processo. Com certeza nossas mãos estarão doendo, ou o retorno ao estado
inicial do elástico quando não há força suficiente para rompê-lo. Nos dois
casos há grande quantidade de energia potencial que se revela imediatamente em
energia cinética causando alterações no entorno.
Considerando
o Universo conhecido estaremos falando de um elástico de dezenas de anos-luz de
comprimento e a energia dissipada na contração pode chegar a criar os Buracos
Negros e a de repulsão os Aglomerados Estelares. Entretanto, devemos nos
reservar de conclusões últimas, pois todo o raciocínio está fundamentado em
teorias humanas conhecidas no momento. Tudo pode ser alterado com a ampliação
do conhecimento Universal.
Pensemos
nisso.
