Ejemplos de

Energía Cinética

La energía cinética es la que adquiere un cuerpo debido a su movimiento y que se define como la cantidad de trabajo necesaria para acelerar un cuerpo en reposo y de una masa determinada hasta una velocidad establecida. Por ejemplo: un hombre en patineta, una pelota arrojada, un carrito de montaña rusa.

Dicha energía se adquiere a través de una aceleración, luego de la cual el objeto la conservará idéntica hasta variar la velocidad (acelerar o enlentecer) por lo que, para detenerse, hará falta un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética acumulada. Así, cuanto mayor sea el tiempo en que la fuerza inicial actúe sobre el cuerpo en movimiento, mayor será la velocidad alcanzada y mayor la energía cinética obtenida.

Diferencia entre la energía cinética y la energía potencial

La energía cinética, junto a la energía potencial, suman el total de la energía mecánica (E_m = E_c + E_p). Estas dos formas de energía mecánica, la cinética y la potencial, se distinguen en que la última es el monto de energía asociado a la posición que ocupa un objeto en reposo y puede ser de tres tipos:

Fórmula de cálculo de la energía cinética

La energía cinética se representa mediante el símbolo E_c (a veces también E_– o E₊ o incluso T o K) y su fórmula clásica de cálculo es E_c = ½ . m . v² donde m representa masa (en Kg) y v representa velocidad (en m/s). La unidad de medida de la energía cinética es Joules (J): 1 J = 1 kg . m²/s².

Dado un sistema de coordenadas cartesiano, la fórmula de cálculo de la energía cinética tendrá la siguiente forma: E_c= ½ . m (ẋ² + ẏ² + ż²)

Estas formulaciones varían en la mecánica relativista y a la mecánica cuántica.

Ejercicios de energía cinética

1. Un automóvil de 860kg se desplaza a 50 km/h. ¿Cuál será su energía cinética?

Primero transformamos los 50 km/h a m/s = 13,9 m/s y aplicamos la fórmula de cálculo:

E_c = ½ . 860 kg  . ( 13,9 m/s )² = 83.000 J.

2. Una piedra de una masa de 1500 Kg rueda por una ladera con acumulando una energía cinética de 675000 J. ¿A qué velocidad se desplaza la piedra?

Como Ec = ½ . m .v² tenemos que 675000 J = ½ . 1500 Kg . v²,
y al despejar la incógnita, tenemos que v² = 675000 J . 2 / 1500 Kg . 1, de donde v² = 1350000 J / 1500 Kg = 900 m/s,
y finalmente: v = 30 m/s luego de resolver la raíz cuadrada de 900.

Ejemplos de energía cinética

1. Un hombre en patineta. Un patinetero en la U de concreto experimenta tanto la energía potencial (cuando se detiene en sus extremos un instante) y la energía cinética (cuando reemprende el movimiento descendente y ascendente). Un patinetero con mayor masa corporal adquirirá una mayor energía cinética, pero también uno cuya patineta le permita ir a mayores velocidades.
2. Un jarrón de porcelana que cae. A medida que la gravedad actúa sobre el jarrón de porcelana tropezado sin querer, la energía cinética se acumula en su cuerpo a medida que desciende y se libera en cuanto se hace añicos contra el suelo. El trabajo inicial producido por el tropezón acelera el cuerpo rompiendo su estado de equilibrio y el resto lo hace la gravedad de la Tierra.
3. Una pelota arrojada. Al imprimir nuestra fuerza sobre una pelota en reposo, la aceleramos lo suficiente para que recorra el trecho entre nosotros y un compañero de juegos, imprimiéndole así una energía cinética que luego, al atajarla, nuestro compañero deberá contrarrestar con un trabajo de igual o superior magnitud y así detener el movimiento. Si la bola es más grande requerirá más trabajo detenerla que si es chica.
4. Una piedra en una ladera. Supongamos que empujamos una piedra cuesta arriba en una ladera. El trabajo que realizamos al empujarla debe ser mayor que la energía potencial de la piedra y la atracción de la gravedad sobre su masa, caso contrario no lograremos moverla hacia arriba o, peor aún, nos aplastará. Si, como a Sísifo, se nos va la piedra por la ladera contraria hacia el otro lado, ésta liberará su energía potencial en energía cinética a medida que se desplome cuesta abajo. Dicha energía cinética dependerá de la masa de la piedra y de la velocidad que adquiera en su caída.
5. Un carrito de montaña rusa adquiere energía cinética a medida que cae y que incrementa su velocidad. Instantes antes de que inicie su descenso, el carrito tendrá energía potencial y no cinética; pero una vez emprendido el movimiento toda la energía potencial se convierte en cinética y alcanza su punto máximo en cuanto termina la caída y empieza el nuevo ascenso. Dicho sea de paso, esta energía será mayor si el carrito va lleno de gente que si va vacío (pues tendrá mayor masa).

Otros tipos de energía

Sigue con: