¿Qué es la energía cinética? – Ejemplos de energía cinética

La energía potencial y cinética son los dos tipos principales de energía. Aquí hay un vistazo a la energía cinética, incluida su definición, ejemplos, unidades, fórmula y cómo calcularla.

Definición de energía cinética

En física, la energía cinética es la energía que tiene un objeto debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta una determinada velocidad. Una vez que la masa alcanza la velocidad, su energía cinética permanece sin cambios a menos que cambie su velocidad. Sin embargo, la velocidad y, por tanto, la energía cinética dependen del marco de referencia. En otras palabras, la energía cinética de un objeto no es invariante.

Unidades de energía cinética

La unidad SI de energía cinética es el joule (J), que es kg⋅m ² ⋅s ⁻². La unidad inglesa de energía cinética es el pie-libra (ft⋅lb). La energía cinética es una cantidad escalar. Tiene magnitud, pero no dirección.

Ejemplos de energía cinética

Todo lo que se pueda imaginar que tenga masa (o masa aparente) y movimiento es un ejemplo de energía cinética. Los ejemplos de energía cinética incluyen:

• Un avión volador, un pájaro o un superhéroe.
• Caminar, trotar, andar en bicicleta, nadar, bailar o correr
• Caerse o dejar caer un objeto
• Lanzando una pelota
• Conduciendo un auto
• Jugando con un yo-yo
• Lanzamiento de un cohete
• Un molino de viento girando
• Nubes moviéndose por el cielo
• El viento
• Una avalancha
• Una cascada o un arroyo que fluye
• Electricidad fluyendo a través de un cable
• Satélites en órbita
• Un meteoro cayendo a la Tierra.
• Sonido que se mueve de un altavoz a tus oídos
• Electrones que orbitan el núcleo atómico
• Luz que viaja del Sol a la Tierra (los fotones tienen impulso, por lo que tienen masa aparente)

Fórmula de energía cinética

La fórmula de la energía cinética (KE) relaciona la energía con la masa (m) y la velocidad (v).

KE = 1/2 mv ²

Debido a que la masa es siempre un valor positivo y el cuadrado de cualquier valor es un número positivo, la energía cinética siempre es positiva. Además, esto significa que la energía cinética máxima se produce cuando la velocidad es máxima, independientemente de la dirección del movimiento.

A partir de la ecuación de energía cinética, puede ver que la velocidad de un objeto es más importante que su masa. Entonces, incluso un objeto pequeño tiene mucha energía cinética si se mueve rápidamente.

La fórmula de la energía cinética funciona en la física clásica, pero comienza a desviarse de la energía verdadera cuando la velocidad se acerca a la velocidad de la luz ( c ).

Cómo calcular la energía cinética

La clave para resolver problemas de energía cinética es recordar que 1 julio es igual a 1 kg⋅m ² ⋅s ⁻². La velocidad es la magnitud de la velocidad, por lo que puede usarla en la ecuación de energía cinética. De lo contrario, observe sus unidades en fracciones. Por ejemplo, (1) / (400 m ² / s ² ) es lo mismo que (1/400) s ² / m ².

Ejemplo 1

Calcule la energía cinética de una persona de 68 kg que se mueve con una rapidez de 1.4 m / s (en otras palabras, la energía cinética de una persona típica que camina).

KE = 1/2 mv ²

Conectando los números:

KE = 1/2 (68 kg) (1,4 m / s) ²
KE = 66,64 kg⋅m ² ⋅s ⁻²
KE = 66,64 J

Ejemplo 2

Calcula la masa de un objeto que se mueve a 20 m / s con una energía cinética de 1000 J.

Reordena la ecuación de energía cinética para resolver la masa:

m = 2KE / v ²
m = (2) (1000 kg⋅m ² ⋅s ⁻² ) / (20 m / s) ²
m = (2000 kg⋅m ² ⋅s ⁻² ) / (400 m ² / s ² )
m = 5 kg

Diferencia entre energía cinética y potencial

La energía cinética puede transformarse en energía potencial y viceversa. La energía cinética es la energía asociada con el movimiento de un cuerpo, mientras que la energía potencial es la energía debida a la posición de un objeto. Todos los demás tipos de energía (por ejemplo, energía eléctrica, energía química, energía térmica, energía nuclear) tienen energía cinética, energía potencial o una combinación de las dos. La suma de la energía cinética y potencial de un sistema (su energía total) es una constante debido a la conservación de energía. En mecánica cuántica, la suma de energía cinética y potencial se llama hamiltoniana.

Una montaña rusa sin fricción es un buen ejemplo de la interacción entre la energía cinética y potencial. En la parte superior de la pista, la montaña rusa tiene máxima energía potencial, pero mínima energía cinética (cero). A medida que el carro desciende por la vía, aumenta su velocidad. En la parte inferior de la pista, la energía potencial está en su mínimo (cero), mientras que la energía cinética está en su máximo.

Descubre además que es la energía potencial.