Uma das formas de estudar um sistema é medir a quantidade de energia que ele armazena ou medir a sua variação de energia. Nesse caso, pode-se fazê-lo a partir do trabalho que uma força - que pode ser conservativa - realiza, pois ele é descrito como variação de energia de certo sistema (Halliday; Resnick; Walker, 2013; Nussenzveig, 2002; Tipler, 1995). Para calcular o trabalho de uma força conservativa, pode-se fazê-lo em função da variação de energia, que pode estar nas formas cinética, potencial gravitacional ou potencial elástica (Halliday; Resnick; Walker, 2013; Nussenzveig, 2002; Tipler, 1995).
Considere o caso em que se verifica uma mola comprimida. Assinale a alternativa que descreve corretamente os possíveis tipos de energia presentes:
\bigcirc A. O sistema tem energia cinética, mas não energia potencial.
\bigcirc B. Este sistema tem energia potencial, mas não tem energia cinética.
\bigcirc C. O sistema tem energias potencial e cinética em quantidades iguais.
\bigcirc D. O sistema não tem energias potencial e cinética.
\bigcirc E. O sistema tem energia cinética e maior quantidade de energia potencial.

Passo 1

O enunciado apresenta um mola comprimida e pede que você assinale qual alternativa descreve corretamente os possíveis tipos de energia presentes no sistema. As alternativas são:
A. O sistema tem energia cinética, mas não energia potencial.
B. Este sistema tem energia potencial, mas não tem energia cinética.
C. O sistema tem energias potencial e cinética em quantidades iguais.
D. O sistema não tem energias potencial e cinética.
E. O sistema tem energia cinética e maior quantidade de energia potencial.
Informação dada: a mola está comprimida (o enunciado não diz que ela está em movimento; a imagem/descrição só indica compressão).

Passo 2

Antes de decidir a alternativa, vamos entender o que são os dois tipos de energia citados: energia cinética e energia potencial, de um jeito simples.
  • Energia cinética é a energia associada ao movimento de um objeto: se algo estiver se movendo, tem energia cinética; se estiver parado, sua energia cinética é zero.
  • Energia potencial é energia armazenada no sistema devido à posição ou configuração — no caso da mola, é energia armazenada porque a mola foi comprimida (ou esticada).

Passo 3

Agora a fórmula e o significado da energia cinética, para firmar a ideia (não precisa decorar, mas entender):
K=\tfrac{1}{2}mv^{2}
onde \,m é a massa do corpo ligado à mola (ou da peça que se move) e \,v é a sua velocidade.
Interpretação prática: se \,v=0 (isto é, se não há movimento), então \,K=0. Então, para haver energia cinética é necessário haver velocidade distinta de zero.

Passo 4

Agora a fórmula e o significado da energia potencial elástica da mola:
U=\tfrac{1}{2}k x^{2}
onde \,k é a constante elástica da mola (rigidez) e \,x é a deformação (quanto a mola foi comprimida ou esticada) medida em relação ao comprimento natural.
Interpretação prática: se a mola está comprimida ( x\neq 0), então ela armazena energia potencial elástica U>0. Essa energia existe mesmo que o conjunto esteja parado.

Passo 5

Aplicando isso ao enunciado: a mola comprimida significa que \,x\neq 0, logo há energia potencial elástica \,U=\tfrac{1}{2}kx^{2}>0. O enunciado não afirma que a mola (ou a massa ligada a ela) está em movimento; a descrição “mola comprimida” normalmente descreve o estado em repouso com a energia armazenada. Se o sistema estiver em repouso, a velocidade \,v=0 e, portanto, \,K=\tfrac{1}{2}mv^{2}=0. Conclusão: existe energia potencial elástica e não existe energia cinética nesse estado. (Observação: se o problema dissesse explicitamente que a mola está sendo comprimida enquanto algo se move, aí poderíamos ter simultaneamente U>0 e K>0; mas não é o caso aqui.)
Comparando a conclusão com as alternativas: a que descreve “tem energia potencial, mas não tem energia cinética” é a alternativa B. Então a alternativa correta é a B.

Resposta

B. Este sistema tem energia potencial, mas não tem energia cinética.

Exercícios relacionados