Energía cinética

Seguramente hayas estudiado en el instituto la energía cinética en la asignatura de física. De no ser así, probablemente la hayas oído en algún estudio científico o en los medios de comunicación. Y es que es considerada una energía muy importante de cara al estudio del movimiento de los objetos. Hay personas que aún no tienen bien clara la idea de energía cinética ni cómo se mide o funciona. En este artículo vamos a hacer un repaso de la definición y utilidades que tienes esta energía en el mundo de la física.

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¿Cuál es la definición de energía cinética?

Cuando se habla de este tipo de energía se piensa que el alguna energía que se obtiene para generar electricidad o algo por el estilo. La energía cinética es la energía que un objeto tiene por el hecho de estar en movimiento. Cuando queremos acelerar un objeto, tenemos que aplicarle una determinada fuerza para que venza esa fuerza de rozamiento del suelo o el aire. Para ello, como resultado de esto, estamos transfiriendo energía al objeto y será capaz de moverse a una velocidad constante.

Es esa energía transferida la que se llama energía cinética. Si la energía que se le aplica al objeto es creciente, el objeto irá acelerándose. Sin embargo, si le dejamos de aplicar energía, con la fuerza de rozamiento irá disminuyendo su energía cinética hasta detenerse. La energía cinética depende de la masa y la velocidad que alcance el objeto. Cuerpos con menos masa necesitan de menos trabajo para comenzar a moverse. Conforme más velocidad se alcanza, más energía cinética tiene el cuerpo.

Esta energía se puede transferir a distintos objetos y entre ellos para transformarse en otro tipo de energía. Por ejemplo, si una persona va corriendo y choca con otra que estaba en reposo, parte de la energía cinética que llevaba en corredor se pasará a la otra persona. La energía que se tiene que aplicar para que exista un movimiento tiene que ser siempre mayor que la fuerza de rozamiento con el suelo u otro fluido como el agua o el aire.

Tipos de energía cinética

Se distinguen dos tipos:

• Energía cinética de traslación: es la que ocurre cuando el objeto describe una línea recta.
• Energía cinética de rotación: es la que se da cuando el objeto da una vuelta sobre sí mismo.

¿Cómo se calcula la energía cinética?

Si queremos calcular el valor de esta energía, tenemos que seguir el razonamiento descrito anteriormente. Primero, comenzamos por encontrar el trabajo realizado. Es necesario realizar un trabajo para transferir la energía cinética al objeto. Además, ese trabajo debe multiplicarse por una fuerza, considerando la masa del objeto que es empujado a lo largo de una distancia. La fuerza tiene que ser paralela a la superficie donde se encuentra, o de lo contrario el objeto no se desplazaría.

Imaginaos que queréis mover una caja, pero empujáis en dirección al suelo. La caja no podrá vencer la resistencia del suelo y no se desplazará. Para conseguir que se mueva, debemos aplicar un trabajo y una fuerza en dirección paralela a la superficie.

Llamaremos al trabajo W, la fuerza F, la masa del objeto m y la distancia d.

El trabajo es igual a la fuerza por la distancia. Es decir, el trabajo que se realiza es igual a la fuerza que se le aplica al objeto con la distancia que recorre gracias a esa fuerza aplicada. La definición de fuerza viene dada por la masa y la aceleración del objeto. Si el objeto se mueve a una velocidad constante quiere decir que la fuerza que se le está aplicando y la de rozamiento tienen el mismo valor. Por ello, son fuerzas que se mantienen en equilibrio.

Fuerza de rozamiento y aceleración

En cuanto se disminuya el valor de la fuerza que se le está aplicando la objeto, éste comenzará a reducir su velocidad hasta detenerse. Un ejemplo muy sencillo es el coche. Cuando estamos conduciendo por una carretera, el asfalto, la tierra, etc. Por la que conducimos nos ofrece una resistencia. Esta resistencia se le conoce como fuerza de rozamiento entre la rueda y la superficie. Para que el coche aumente su velocidad, tenemos que quemar combustible para generar energía cinética. Con esta energía se puede vencer el rozamiento y comenzar a desplazarse.

Sin embargo, si estamos desplazándonos con el coche y dejamos de acelerar, estaremos dejando de aplicar una fuerza. Sin ninguna fuerza sobre el coche, la de rozamiento no comenzará a frenar hasta detener el vehículo. Por ello, es importante conocer bien las fuerzas que intervienen en un sistema para saber qué dirección llevará el objeto.

Fórmula de la energía cinética

Para calcular la energía cinética existe una ecuación que surge del razonamiento anteriormente utilizado. Si se conoce la velocidad inicial y final del objeto tras una distancia recorrida, podemos sustituir la aceleración en la fórmula.

Por lo tanto, cuando se realiza una cantidad neta de trabajo sobre un objeto, la cantidad a la que llamamos energía cinética k, cambia.

¿Qué tiene de interesante?

Para los físicos conocer la energía cinética de un objeto es fundamental para estudiar su dinámica. Hay objetos celestes en el espacio que tienen una energía cinética impulsada por el Big Bang que, a día de hoy, aún siguen en movimiento. A lo largo del Sistema solar existen objetos interesantes de estudiar y se necesita conocer su energía cinética para predecir su trayectoria.

Cuando analizamos la ecuación de la energía cinética se puede ver que depende de la velocidad del objeto al cuadrado. Esto quiere decir que cuando la velocidad se duplica, su cinética se cuadruplica. Si un coche viaja a 100km/h tiene cuatro veces la energía que uno que viaja a 50km/h. Por tanto, el daño que se puede tener en un accidente es cuatro veces más fuerte en uno que en otro.

Esta energía no puede ser un valor negativo. Siempre tiene que ser cero o positivo. A diferencia de ella, la velocidad si puede tener un valor positivo o negativo dependiendo de la referencia. Pero al utilizar la velocidad al cuadrado, se obtiene siempre un valor positivo.

Ejemplos de energía cinética

Vamos a ver algunos ejemplos de energía cinética para que quede más claro:

• Cuando vemos a una persona en patinete vemos que experimenta un aumento tanto de la energía potencial cuando se desplaza en altura como de la energía cinética al aumentar velocidad. Una persona que tiene un mayor peso corporal podrá adquirir mayor energía cinética siempre y cuando el patinete le permita ir a mayor velocidad.
• Un jarrón de porcelana que cae al suelo: este tipo de ejemplo es fundamental para entender la energía cinética. La energía se va acumulando en su cuerpo de medida que desciende y se libera por completo cuando se rompe de al estrellarse con el suelo. Es el golpe inicial el que comienza a generar la energía cinética. El resto de la energía cinética la adquiere por la gravedad terrestre.
• Un golpe a una pelota: es un caso similar a lo que ocurre con el jarrón. La pelota en reposo se encuentran equilibrio y la energía cinética comienza liberarse de cuando le damos de golpe. Mientras más pesada y grande sea la pelota, más trabajo se requerirá para detenerla o ponerla en movimiento.
• Cuando tiramos una piedra por una pendiente: ocurre de forma similar con el jarrón y con la pelota. A medida que la roca va descendiendo por la ladera va aumentando su energía cinética. La energía dependerá de la masa y de la velocidad que adquiere su caída. Ésta, a su vez, dependerá de la pendiente.
• Un coche de la montaña rusa: los parques de atracciones son clave para explicar la energía cinética. En una montaña rusa, el carro va adquiriendo energía cinética medida que cae e incrementa su velocidad.

Espero que con esta información os quede mucho más claro el concepto y su utilización.

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