Na física, a energia potencial é energia que é armazenada – ou conservada – em um objeto ou substância. Essa energia armazenada é baseada na posição, disposição ou estado do objeto ou substância. Você pode pensar nisso como energia que tem o “potencial” de fazer o trabalho. Quando a posição, disposição ou estado do objeto muda, a energia armazenada será liberada.
Um objeto pode armazenar energia como resultado de sua posição. Por exemplo, a bola pesada de uma máquina de demolição está armazenando energia quando é mantida em uma posição elevada. Essa energia armazenada de posição é referida como energia potencial. Da mesma forma, um arco desenhado é capaz de armazenar energia como resultado de sua posição.
Ao assumir sua posição usual (isto é, quando não é desenhado), não há energia armazenada na proa. No entanto, quando sua posição é alterada de sua posição habitual de equilíbrio, o arco é capaz de armazenar energia em virtude de sua posição. Essa energia armazenada de posição é referida como energia potencial. A energia potencial é a energia armazenada da posição possuída por um objeto.
A energia potencial surge em sistemas com partes que exercem forças umas sobre as outras, dependendo da configuração, ou posição relativa, das partes. No caso do sistema bola-terra, a força da gravidade entre os dois depende apenas da distância que os separa. O trabalho feito para separá-los mais longe, ou ao levantar a bola, transfere energia adicional para o sistema, onde é armazenada como energia potencial gravitacional.
A energia armazenada entre as placas de um capacitor carregado é energia potencial elétrica. O que é comumente conhecido como energia química, a capacidade de uma substância de trabalhar ou de evoluir o calor ao sofrer uma mudança de composição, pode ser considerada como energia potencial resultante das forças mútuas entre suas moléculas e átomos. A energia nuclear é também uma forma de energia potencial.
Energia Potencial Gravitacional
Energia potencial gravitacional é a energia armazenada em um objeto como resultado de sua posição vertical ou altura. A quantidade de energia potencial gravitacional que um objeto tem depende de sua altura e massa. Quanto mais pesado for o objeto e quanto mais alto estiver acima do solo, mais energia gravitacional será detida.
A energia é armazenada como resultado da atração gravitacional da Terra pelo objeto. A energia potencial gravitacional da bola maciça de uma máquina de demolição depende de duas variáveis - a massa da bola e a altura em que ela é levantada. Existe uma relação direta entre a energia potencial gravitacional e a massa de um objeto. Objetos mais massivos têm maior energia potencial gravitacional. Há também uma relação direta entre a energia potencial gravitacional e a altura de um objeto. Quanto maior o objeto for elevado, maior será a energia potencial gravitacional. Essas relações são expressas pela seguinte equação:
PE grav = massa • g • altura
Gravidade PE = m * • g • h
Na equação acima, m representa a massa do objeto, h representa a altura do objeto e g representa a força do campo gravitacional (9,8 N / kg na Terra) – às vezes referida como a aceleração da gravidade.
Para determinar a energia potencial gravitacional de um objeto, uma posição de altura zero deve primeiro ser atribuída arbitrariamente. Normalmente, o solo é considerado uma posição de altura zero. Mas esta é apenas uma posição arbitrariamente atribuída com a qual a maioria das pessoas concorda. Uma vez que muitos dos nossos laboratórios são feitos em mesas, muitas vezes é costume atribuir a mesa a posição de altura zero. Novamente, isso é meramente arbitrário. Se a mesa é a posição zero, então a energia potencial de um objeto é baseada em sua altura em relação à mesa. Por exemplo, um pêndulo balançando para cima e de cima do tampo da mesa tem uma energia potencial que pode ser medida com base em sua altura acima da mesa. Medindo a massa do prumo e a altura do prumo acima da mesa, a energia potencial do prumo pode ser determinada.
Como a energia potencial gravitacional de um objeto é diretamente proporcional à sua altura acima da posição zero, uma duplicação da altura resultará em uma duplicação da energia potencial gravitacional. Uma triplicação da altura resultará em uma triplicação da energia potencial gravitacional.
Energia Potencial Elástica
A segunda forma de energia potencial que discutiremos é a energia potencial elástica. Energia potencial elástica é a energia armazenada em materiais elásticos como resultado de seu alongamento ou compressão. Quanto mais um objeto puder esticar, mais energia potencial elástica ele terá.
A energia potencial elástica pode ser armazenada em elásticos, cordas elásticas, trampolins, molas, uma flecha desenhada em um arco, etc. A quantidade de energia potencial elástica armazenada em tal dispositivo está relacionada à quantidade de extensão do dispositivo – quanto mais alongar, a energia mais armazenada.
As molas são um exemplo especial de um dispositivo que pode armazenar energia potencial elástica devido a compressão ou alongamento. Uma força é necessária para comprimir uma mola; quanto mais compressão houver, maior será a força necessária para comprimi-la ainda mais. Para certas molas, a quantidade de força é diretamente proporcional à quantidade de alongamento ou compressão (x); a constante de proporcionalidade é conhecida como a constante de mola (k).
F mola = k • x
Diz-se que essas molas seguem a Lei de Hooke. Se uma mola não é esticada ou comprimida, então não há energia potencial elástica armazenada nela. Diz-se que a mola está em sua posição de equilíbrio. A posição de equilíbrio é a posição que a mola naturalmente assume quando não há força aplicada a ela.
Em termos de energia potencial, a posição de equilíbrio poderia ser chamada de posição de energia de potencial zero. Existe uma equação especial para molas que relaciona a quantidade de energia potencial elástica com a quantidade de alongamento (ou compressão) e a constante de mola. A equação é
PE primavera = 0.5 • k • x 2
onde k = constante da mola
x = quantidade de compressão
(em relação à posição de equilíbrio)
Para resumir, energia potencial é a energia que é armazenada em um objeto devido à sua posição em relação a alguma posição zero. Um objeto possui energia potencial gravitacional se estiver posicionado a uma altura acima (ou abaixo) da altura zero. Um objeto possui energia potencial elástica se estiver em posição sobre um meio elástico diferente da posição de equilíbrio.
