Aprende en este artículo qué es la energía cinética, cómo calcularla y algunos ejemplos de la vida diaria que permiten comprenderla.
Qué es la energía cinética
La energía cinética (Ec) de un objeto es la energía que posee debido a su movimiento.
Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta su velocidad establecida.
Habiendo ganado esta energía durante su aceleración, el cuerpo mantiene esta Ec a menos que cambie su velocidad. El cuerpo realiza la misma cantidad de trabajo al desacelerar de su velocidad actual a un estado de reposo.
En la mecánica clásica, la Ec de un objeto de masa no giratoria (m) viaja a una velocidad (v). En la mecánica relativista, esta es una buena aproximación solo cuando v es mucho menor que la velocidad de la luz.
Si queremos acelerar un objeto, debemos aplicar una fuerza, lo que requiere que hagamos un trabajo. Una vez realizado el trabajo, la energía se ha transferido al objeto y el objeto se moverá con una nueva velocidad constante.
La energía transferida se conoce como energía cinética y depende de la masa y la velocidad alcanzadas.
La Ec puede transferirse entre objetos y transformarse en otros tipos de energía.
Por ejemplo, una ardilla voladora podría chocar con una ardilla listada estacionaria. Después de la colisión, parte de la energía cinética inicial de la ardilla podría haber sido transferida a la ardilla listada o transformada en alguna otra forma de energía.
Energía cinética de los sistemas
Un sistema de cuerpos puede tener energía cinética interna debido al movimiento relativo de los cuerpos en el sistema.
Por ejemplo, en el sistema solar, los planetas y planetoides están orbitando alrededor del Sol.
La Ec del sistema es la suma de las energías cinéticas de los cuerpos que contiene.
Energía cinética de un cuerpo macroscópico
Un cuerpo macroscópico que es estacionario, puede tener varios tipos de energía interna a nivel molecular o atómico, que pueden considerarse como Ec, debido a la traducción molecular, rotación y vibración, traducción de electrones y espín, y espín nuclear.
Todos estos contribuyen a la masa del cuerpo, como lo señala la teoría especial de la relatividad.
Cuando se analizan los movimientos de un cuerpo macroscópico, la Ec a la que se hace referencia es generalmente la del movimiento macroscópico. Sin embargo, todas las energías internas de todo tipo contribuyen a la masa corporal, la inercia y la energía total.
Unidad de energía cinética
La unidad estándar de Ec es el joule que equivale a 1 kg * m2/s2 . Mientras que La unidad imperial de energía cinética es el pie-libra.
¿Cómo podemos calcular la energía cinética?
En la mecánica clásica, la Ec de un objeto puntual (un objeto tan pequeño que se puede suponer que existe su masa en un punto), o un cuerpo rígido no giratorio, depende de la masa del cuerpo y de su velocidad. La energía cinética es igual a 1/2 del producto de la masa y el cuadrado de la velocidad.
Para calcular la Ec se emplea la siguiente fórmula:
Ec = 0,5*mv2
En la fórmula la m representa la masa y la v la velocidad
Otros detalles sobre la Ec
1. La Ec depende de la velocidad del objeto al cuadrado. Esto significa que cuando la velocidad de un objeto se duplica, su Ec se cuadruplica.
Por ejemplo, un automóvil que viaja a 60 mph tiene cuatro veces la energía cinética de un automóvil idéntico que viaja a 30 mph, y por lo tanto, el potencial es cuatro veces más de muerte y destrucción en caso de un choque.
2. La Ec siempre debe ser cero o un valor positivo. Mientras que la velocidad puede tener un valor positivo o negativo, la velocidad al cuadrado es siempre positiva.
3. La Ec no es un vector. Entonces, una pelota de tenis lanzada hacia la derecha con una velocidad de 5 m / s, tiene exactamente la misma Ec que una pelota de tenis lanzada hacia abajo con una velocidad de 5 m / s.
4. La Ec no puede ser negativa, aunque el cambio en la energía cinética ΔK puede ser negativo.
Debido a que la masa no puede ser negativa y el cuadrado de la velocidad da un número no negativo, la Ec no puede ser negativa.
O algo se está moviendo y tiene energía cinética positiva, o no se está moviendo y tiene energía cinética cero. Si la velocidad final es menor que la velocidad inicial, entonces la energía cinética final es menor que la energía cinética inicial y ΔK es negativa.
5. Algunas personas piensan que duplicar la velocidad significa duplicar la energía. La Ec es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Ventajas y desventajas de la Ec
Las ventajas de la energía cinética incluyen la capacidad de producir energía renovable, la disponibilidad de ser un recurso abundante y la efectividad de ser exponencialmente proporcional a su velocidad.
Asimismo, la Ec es un recurso abundante, porque muchos materiales tienen la capacidad de crear movimientos que pueden ser aprovechados y producir energía, como la energía eólica, hidroeléctrica y la energía térmica.
Por su parte, las desventajas de la Ec, según Energy Informative, incluyen el coste de aprovecharla, el desafío de mantener el movimiento constante, el manejo efectivo de la fricción y la limitación de solo grandes materiales que producen energía sustancial.
Ejemplos de energía cinética
- Lanzar una pelota
- Montaña rusa
- Boxeo
- Caída de una piedra desde una montaña
- Ir en patineta
