Energía Cinética
Fórmula de la energía cinética
La energía cinética está representada por la siguiente fórmula:
Ec = ½ mv²
La energía cinética se mide en julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros por encima del segundo (m/s).
Como tal, la energía cinética está vinculada a otros conceptos de la física como: trabajo, fuerza y energía. La energía cinética sólo puede ser llamada cuando el objeto se está moviendo y colisionando con otro puede moverse causando un trabajo y la fuerza puede ser referida como la habilidad de un organismo para causar daño a otro. Después de la activación exitosa del cuerpo, puede mantener su energía cinética aplicada al cuerpo excepto una negativa o trabajar con la magnitud de la cinética para regresar a su estado de energía o descanso inicial.
Datos de la energía cinética
La energía cinética puede provenir de otras energías o convertirse en otras formas de energía. En el caso de una montaña rusa los coches alcanzan la energía cinética cuando están en el fondo de su carrera, pero esta energía potencial gravitacional se convierte cuando comienzan a subir. Otro ejemplo es a través de la energía cinética que permite que el movimiento de las hélices pueda obtener energía eléctrica o hidráulica a través del movimiento del agua.
La energía cinética se debe a William Thomson, más conocido como Lord Kelvin en 1849. La energía cinética no es típica de nuestros días, ya que una vez que hubo molinos de viento que se utilizan para muchas actividades, como la principal tarea para moler el trigo, como los instrumentos hace uso de la energía cinética.
Tipos de energía cinética
No hay un tipo apropiado de energía cinética, sin embargo, cada enfoque particular de la física presenta su propia perspectiva al respecto, por ejemplo:
En la mecánica clásica:
La energía cinética se entiende según diferentes sistemas de referencia, sistemas de partículas o sólidos rígidos giratorios. Cada uno de ellos representa un caso específico con fórmulas y variables de cálculo específicas a considerar.
En la mecánica relativista:
La mecánica influenciada por la Teoría de la Relatividad considera la energía cinética basada en dos escenarios: la energía cinética de una partícula y la de un sólido en rotación.
En mecánica cuántica:
La mecánica de las partículas atómicas tiene en cuenta la energía cinética basada en partículas cuánticas (más pequeñas que un átomo) y sólidos rígidos formados por un número infinito de partículas.
Diferencia entre energía potencial y energía cinética
La energía cinética (Ec) y la energía potencial (Ep), sumadas, forman la energía mecánica (Em) de un objeto o sistema. Sin embargo, se distinguen en que, mientras que el primero se refiere a los cuerpos en movimiento, el segundo tiene que ver con la cantidad de energía acumulada dentro de un objeto en reposo.
Dicho esto, la energía potencial depende de la posición del objeto o sistema en relación con el campo de fuerza que lo rodea, mientras que la cinética tiene que ver con los movimientos que realiza.
Ejemplos de energía cinética
Lanza una pelota al aire:
Imprimimos fuerza en una pelota para lanzarla al aire, dejándola caer por la gravedad. Al hacerlo, adquirirá una energía cinética que, cuando otro jugador se enfrente a él, deberá compensar con un trabajo de igual magnitud, si quiere detenerlo y retenerlo.
Un coche de montaña rusa:
Un ejemplo clásico: el coche de montaña rusa en un parque de atracciones presentará una energía potencial hasta que empiece a caer, y su velocidad y masa le darán una energía cinética creciente. Este último será mayor si el coche está lleno que si está vacío (porque hay más masa).
Golpea a alguien en el suelo:
Si corremos hacia un amigo y nos lanzamos hacia él, la energía cinética que ganamos durante la carrera vencerá la inercia de su cuerpo y lo derribará. En el otoño, ambos cuerpos sumarán la energía cinética articular y finalmente será el suelo el que interrumpa el movimiento.
Un ejemplo de energía cinética
Digamos que estamos en clase de astronomía y queremos enterrar una bola de papel dentro del cubo de basura. Después de calcular las distancias, la fuerza y la trayectoria, tendremos que aplicar una cierta cantidad de energía cinética a la pelota para hacerla pasar de nuestra mano al cubo de la basura. Es decir, debemos lanzarlo.
Cuando sale de nuestra mano, la bola de papel comenzará a acelerar y su coeficiente de energía pasará de cero (cuando aún estaba en nuestras manos) a X, dependiendo de la velocidad que alcance.
En un tiro bombeado, la bola alcanzará su mayor coeficiente de energía cinética en el momento en que alcance su punto más alto. A partir de entonces, a medida que comienzas a descender idealmente hacia el papel, tu fuerza cinética comenzará a disminuir a medida que eres atraído por la gravedad y transformado en energía potencial.
Cuando llegues al fondo de la papelera, o al suelo, y te detengas, el coeficiente de energía cinética de la bola de papel volverá a cero.
Si, entre el momento en que lanzamos la pelota y el momento en que cae, un compañero de clase decide interceptarla, debe aplicar una fuerza contraria equivalente a la que aplicamos al lanzar la pelota. Y si, en lugar de lanzar una bola de papel, estamos lanzando una bola de plomo (con una masa mucho mayor), el trabajo para detener la bola debe ser mayor.
Ahora que sabes más sobre la energía cinética y su definición, puedes mirar a tu alrededor y tratar de identificar otros ejemplos de este tipo de energía.
Fórmula de energía cinética
Para calcular la energía cinética de los cuerpos, se utiliza la ecuación:
Ec = mv²/2 ; ecuación cinética principal
Esto significa que la energía cinética Ec es igual a la masa del cuerpo m multiplicada por el cuadrado de velocidad v, todo dividido por 2.
Podemos deducir que cuanto mayor es la cantidad de masa, mayor es la energía y que la energía es proporcional a la velocidad multiplicada por sí misma.
La energía cinética no es un vector. Esto significa que si lanzas una pelota con una velocidad de 5 m/s, la pelota tendrá la misma energía cinética, sin importar si la lanzas hacia la izquierda, hacia la derecha o hacia arriba.
Propiedades de la energía cinética
Estas son algunas de las propiedades de la energía cinética:
- Es una magnitud escalar. Estudiar el movimiento con el teorema de la energía cinética presupone que las magnitudes de la energía y del trabajo son escalares, a diferencia de las leyes newtonianas, en las que las magnitudes son vectores. Esta es una diferencia fundamental con el momento lineal p = m ⋅ v
- Siempre es positivo. La masa y la velocidad al cuadrado son siempre positivas.
- Depende del módulo de velocidad, pero no de su dirección o dirección
- El trabajo positivo en el cuerpo implica que la energía cinética aumenta (mayor velocidad final). Un trabajo negativo en el cuerpo implica que la energía cinética disminuye (menor velocidad final). Como ejemplos podemos indicar la fuerza ejercida por un caballo sobre un coche y la fuerza de fricción respectivamente.
- Para un cuerpo que no es un punto de masa, la energía cinética puede descomponerse en energía cinética de traducción y energía cinética rotacional.
- El principio de inercia puede afirmarse diciendo que cuando el trabajo externo es cero, la energía cinética del cuerpo no cambia. Esto se debe a que la energía cinética del cuerpo es constante si la velocidad también es constante.
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