Em Física, energia é definida como a capacidade de um sistema físico realizar trabalho; Por sua vez, em outras áreas, pode se referir, por exemplo, aos recursos naturais e processos industriais utilizados para a produção.
Muitas vezes falamos de energia como se fosse algo tangível, que está constantemente fluindo de um lugar para outro, propondo uma ideia mais abstrata e profunda do que imaginamos. Assim, talvez a definição mais precisa de energia seja que ela é uma manifestação da homogeneidade temporal do universo em que vivemos. Devemos esta definição à matemática Emmy Noether e seu famoso Teorema de Noether, que estabelece que toda simetria corresponde a uma magnitude que se conserva; Mas o que isto significa realmente? Dizemos que algo é simétrico quando aplicamos uma transformação a ele e que algo permanece exatamente como era antes. Imaginemos, por exemplo, um quadrado, se rodarmos este quadrado 45° ficará numa posição diferente do original, no entanto, se rodarmos 90° voltará à sua posição original. Neste exemplo, dizemos que o quadrado é invariante em relação a rotações de 90°, ou que tem simetria sob rotações de 90°.
Agora, peço para imaginar que temos um pêndulo que está balançando e decidimos tirar duas fotos dele em momentos diferentes no tempo. Observamos as duas fotografias e podemos garantir que o sistema é o mesmo em ambos os momentos, ou seja, o pêndulo que oscila tem os mesmos elementos que tinha no início. Feito isso, passamos a descobrir se existe alguma quantidade que não tenha mudado durante esse período de tempo. A posição mudou? Claro que sim, porque o pêndulo tem subido e descido. E o que poderíamos dizer sobre sua velocidade? Bem, também mudou, o pêndulo atinge sua velocidade máxima no ponto mais baixo de sua trajetória e para completamente no ponto mais alto. Existe alguma quantidade que permaneceu constante durante esse período de tempo? Bem, acontece que se pegarmos a seguinte combinação de termos podemos perceber que a referida quantidade é a mesma em ambas as fotografias do pêndulo:
E = 1⁄2 mv2 + mgh
onde m é a massa do pêndulo, v é a velocidade da massa, g é a aceleração da gravidade e h é a altura da massa. Chamamos essa combinação de termos de Energia Total do sistema. Na equação acima, o termo 1⁄2 mv2 é o que conhecemos como Energia Cinética e o termo mgh é Energia Potencial.
Resumindo, neste exemplo do pêndulo fizemos uma transformação no sistema que está simplesmente deixando o tempo correr. Feito isso, percebemos que o sistema continua o mesmo, ou seja, que o pêndulo oscilante se comportará da mesma forma independente do momento em que for observado. Dizemos então que este sistema tem uma simetria em relação às transformações temporais. E, finalmente, percebemos que dessa simetria surge uma quantidade que se conserva, que chamamos de energia total.
Essa invariância temporal do sistema anterior ocorre porque a gravidade, que é a força responsável pelo movimento do pêndulo, também é invariante em relação ao tempo. Ou seja, a força da gravidade que move o pêndulo é a mesma de 100 anos atrás e será a mesma daqui a muitos e muitos anos. Mas isso não acontece apenas com a gravidade, as outras interações fundamentais: a eletromagnética, a nuclear fraca e a nuclear forte, também são invariantes em relação ao tempo. Portanto, como todos os fenômenos que ocorrem em nosso universo são a causa dessas 4 interações, existe uma invariância temporal que faz com que a energia seja conservada.
A conservação de energia implica que, se um tipo de energia é perdido em um sistema físico, essa energia foi transformada em energia de outro tipo.
A seguir, estão algumas das formas de energia que existem.
Energia Potencial: Resultante da introdução de um corpo em um campo com o qual ele interage, por exemplo, o campo gravitacional, o campo eletromagnético, etc.
Energia Cinética: Associada ao movimento de um corpo que depende da sua velocidade.
Calor: Transferido entre um sistema e seus arredores devido a uma diferença de temperatura entre eles.
Trabalho: Transferido de ou para um objeto como resultado de uma força aplicada.
Energia Térmica: Também conhecida como Energia Interna, é a energia contida em um sistema e que é responsável por sua temperatura.
Energia Nuclear: Energia liberada nos processos de fissão e fusão nuclear que está associada à perda de massa no processo.
Energia Elétrica: Presente em uma diferença de potencial elétrico e que está relacionada com a corrente elétrica.
Energia Química: Responde a ligações químicas, liberada através de reações químicas.
Artigo de: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado em Física. Cursando Mestrado em Engenharia e Física Biomédica.
Referencia autoral (APA): Zamora Ramírez, A.. (Janeiro 2023). Conceito de Energia. Editora Conceitos. Em https://conceitos.com/energia/. São Paulo, Brasil.
