Física do ensino fundamental · Grades 1–9
29A energia no dia a dia
Um brinquedo de corda corre pelo chão, vai perdendo velocidade e para — até você dar corda de novo. Uma lanterna vai enfraquecendo conforme as pilhas cansam. Você mesmo fica sem gás antes do almoço. Tudo o que se move, brilha, soa ou esquenta parece estar gastando alguma coisa. A física tem um nome para essa coisa, e ele talvez seja a palavra mais importante deste livro inteiro: energia.
29.1 A coisa que faz acontecer
Definição 29.1 (Energia)
Energia é aquilo de que se precisa para fazer as coisas acontecerem: pôr coisas em movimento, levantá-las, iluminá-las, aquecê-las, fazê-las soar. Nada anda, brilha ou cresce sem que se gaste energia nisso — e quem está gastando precisa, antes, ter energia para gastar.
Definição 29.2 (Reservas de energia)
Uma reserva de energia é qualquer coisa que guarda energia pronta para ser usada. As grandes reservas do dia a dia: o alimento (o combustível do seu corpo), os combustíveis como a lenha e a gasolina, as pilhas carregadas, uma mola com corda, a água represada lá em cima atrás de uma barragem — e o Sol quente, despejando energia sobre tudo, o dia inteiro, de graça.
Exemplo 29.3 (Ache a reserva)
Toda coisa que anda tem uma reserva por trás dela. O brinquedo que corre: a mola com corda. A lanterna: as pilhas. O carro: o combustível do tanque. Você: o seu café da manhã. O veleiro: o ar em movimento do vento. Quando a reserva se esvazia — mola sem corda, pilhas descarregadas, tanque seco, hora do almoço chegando — o andar para.
Observação 29.4 (Sem alimentar, sem andar)
Durante séculos, inventores caçaram máquinas que funcionassem para sempre sem nada — rodas que giram sozinhas, relógios que nunca precisam de corda. Todas, sem exceção, fracassaram. Esse fracasso é uma das lições mais profundas da física: a energia nunca é conjurada do nada. Tudo o que funciona está sendo alimentado — ache a reserva e você entende a máquina.
29.2 A energia muda de forma
Exemplo 29.5 (Formas de energia)
A energia se mostra em formas diferentes: energia de movimento na bola que rola e no vento que sopra; energia de luz jorrando da lâmpada e do Sol; energia de calor em tudo o que está quente; energia elétrica viajando pelos fios; energia armazenada esperando quietinha nos alimentos, nos combustíveis, nas molas e nas coisas levantadas. A mesma coisa, muitas formas.
Proposição 29.6 (A cadeia da energia)
Sempre que alguma coisa acontece, a energia é tirada de uma reserva e passada adiante, em geral mudando de forma no caminho. Ela nunca é criada do nada — e também nunca é realmente destruída: aquilo que uma máquina “gasta” apenas foi passado adiante, terminando quase sempre, mais cedo ou mais tarde, como um calorzinho espalhado pelo ambiente.
Método 29.7 (Ler uma cadeia de energia)
Para entender qualquer aparelho, siga a cadeia dele:
- ache a reserva de onde vem a energia;
- ache o conversor — a parte em que a energia muda de forma;
- diga as formas que saem — a útil e o calor que vaza junto.
A lanterna, seguida assim: pilha (reserva) lâmpada (conversor) luz (útil) um pouquinho de calor (a perda — encoste na lâmpada).
Exemplo 29.8 (Cadeias em toda parte)
O seu passeio de manhã, seguido: café da manhã (reserva) os seus músculos (conversor) movimento da bicicleta calor (você sente — você fica quente). O parque eólico: ar em movimento pás girando energia elétrica nos fios luz na sua luminária hoje à noite. A barragem: água lá em cima a água caindo gira as turbinas energia elétrica. As cadeias longas são só cadeias curtas emendadas: forma depois de forma depois de forma.
29.3 O Sol na cabeceira da mesa
Exemplo 29.9 (Quase toda cadeia começa no Sol)
Siga a maioria das cadeias de trás para a frente e você chega ao Sol. O café da manhã? As plantas o produziram capturando a luz do Sol; o seu cereal é sol enlatado. O vento? O Sol aquece as terras de forma desigual, e o ar mexido vira vento — então até os veleiros funcionam com luz do Sol. A lenha? Luz do Sol guardada pelas árvores. A água lá em cima da barragem? O Sol a levantou: ele evaporou o mar, e o vapor virou chuva nas montanhas. Os painéis solares apenas pulam os intermediários.
Observação 29.10 (Uma palavra que vamos afiar)
Por enquanto, a energia é uma história bem contada: reservas, formas, cadeias. Será que ela pode ser medida, como o comprimento em metros e a massa em gramas? Pode — a energia tem uma unidade própria e uma contabilidade exata, e as duas chegam mais adiante neste livro, depois que você conhecer direito a velocidade e a força. As cadeias que você segue neste ano são o mapa; os números virão morar nele.
29.4 Exercícios
Exercício 29.1 ★
O que é energia, nas palavras deste capítulo? Diga quatro coisas que não podem acontecer sem ela.
Solução
Solução de Exercício 29.1.
Energia é aquilo de que se precisa para fazer as coisas acontecerem. Sem ela, nada pode se mover, ser levantado, brilhar, esquentar ou soar — quaisquer quatro.
Exercício 29.2 ★
Ache a reserva: um ratinho de corda correndo; um ciclista; uma fogueira; um veleiro; uma lanterna.
Exercício 29.3 ★
Diga cinco formas de energia, com um exemplo de cada uma tirado do seu próprio dia.
Exercício 29.4 ★
Siga a cadeia de energia de uma torradeira, como no Método 29.7: reserva, conversor, formas que saem.
Exercício 29.5 ★
Siga a cadeia do lago de uma barragem até a sua luminária de leitura hoje à noite.
Exercício 29.6 ★
Um celular “morre”. O que na verdade acabou? Para onde foi essa energia, segundo a proposição da cadeia?
Exercício 29.7 ★
Por que um notebook esquenta por baixo enquanto você o usa? Qual elo da cadeia está se mostrando?
Exercício 29.8 ★
Mostre que um veleiro funciona com luz do Sol, seguindo a cadeia dele de trás para a frente, passo a passo.
Exercício 29.9 ★★
Um inventor anuncia uma luminária que “não precisa de pilha, nem de tomada, nem de combustível — ela simplesmente brilha para sempre”. Qual lição da Observação 29.4 o anúncio desafia? Qual pergunta você deve fazer primeiro ao inventor?
Solução
Solução de Exercício 29.9.
Que a energia nunca é conjurada do nada — tudo o que funciona está sendo alimentado. Primeira pergunta: “Qual é a reserva, e de onde a luminária tira energia dela?” Se o inventor não tiver resposta, a luminária pertence à gaveta das rodas-para-sempre: a dos fracassos famosos.
Exercício 29.10 ★★
Uma bola de borracha solta da altura do ombro quica cada vez mais baixo e por fim fica parada. “A energia dela foi destruída”, diz Leo. Use a Proposição 29.6 para defender um final melhor para a história — em que forma final a energia dos quiques escorregou?
Solução
Solução de Exercício 29.10.
A energia foi passada adiante, não destruída: cada quique gastou uma parte da energia de movimento da bola amassando a bola e esfregando o ar e o chão, e todos esses pagamentos terminam como um sopro de calor na bola, no chão e no ar. Espalhado demais para ser recolhido, mas não desaparecido.
Exercício 29.11 ★★
Algumas casas aquecem água em painéis pretos no telhado; algumas cozinham com luz do Sol e espelhos curvos; as células solares produzem eletricidade a partir da luz do dia. Explique a frase “os painéis solares apenas pulam os intermediários”, do Exemplo 29.9: quais intermediários ficam entre o Sol e o calor de uma fogueira de lenha?
Solução
Solução de Exercício 29.11.
Entre o Sol e a fogueira de lenha ficam os intermediários: as árvores, que passaram anos capturando luz do Sol e guardando-a como madeira, e o fogo, que finalmente desempacota essa reserva. O painel no telhado pega a energia da luz do Sol diretamente — sem árvore, sem anos, sem fogo.