- (20 PONTOS) Descreva a lei da conservação da energia em sistemas isolados.
Passo 1
Beleza, o exercício tá pedindo pra gente falar sobre a lei da conservação da energia em sistemas isolados. Isso é conteúdo de mecânica clássica/física geral. Pra resolver, a gente precisa entender o que é um “sistema isolado” e o que chamamos de “energia” (cinética, potencial etc.), e então mostrar que a soma total dessas energias não muda com o tempo.
Passo 2
Primeiro, bora definir um sistema isolado e os tipos de energia:
- Sistema isolado é aquele que não troca nem calor nem trabalho com o ambiente externo.
- Energia cinética (
) é ligada ao movimento das partículas; energia potencial ( ) é ligada à posição das partículas num campo de forças (tipo gravitacional, elástico etc.).
Aqui a ideia teórica é: se nada entra nem sai de um sistema (isolado), então a energia total
tem que permanecer a mesma. Isso vem direto do Princípio da Conservação de Energia.
Passo 3
A teoria diz que, em qualquer processo dentro de um sistema isolado, o ganho de energia de um tipo é exatamente o que o outro tipo perde. Matematicamente, podemos escrever:
Isso implica que
Ou seja, se
aumenta,
diminui da mesma quantidade, e vice-versa.
Passo 4
Pra fixar, imagina um pêndulo num ambiente sem atrito (ou seja, isolado). No ponto mais alto, a velocidade é zero (
) e a energia é pura potencial (
máxima). Lá embaixo,
vira quase zero e
fica máxima. Mas
continua igual ao valor inicial de
. Isso mostra na prática que a energia total não mudou, só rolou uma troca interna entre
e
.
Resposta
Em sistemas isolados, a energia total
permanece constante no tempo. Em notação: