Energía cinética


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La energía cinética es la energía del movimiento. Puede tratarse del movimiento de objetos grandes (energía cinética macroscópica) o del movimiento de pequeños átomos y moléculas (energía cinética microscópica). La energía cinética macroscópica es energía de "alta calidad", mientras que la energía cinética microscópica es más desordenada y de "baja calidad".[1]

En la sección "energía potencial" hay una simulación para jugar que muestra la interacción de la energía potencial gravitatoria, la energía cinética y la energía potencial de resorte. Una simulación a continuación muestra cómo la energía fluye entre la energía cinética y la energía potencial gravitatoria, y otra simulación más abajo muestra cómo la fricción hace que la energía cinética macroscópica se convierta en energía cinética microscópica.

La energía cinética de rotación también es una forma de energía cinética que proviene de un objeto que gira.

Energía cinética macroscópica

Esta es la forma de energía más obvia ya que es la más fácil de observar. Esta es la energía que poseen los objetos en movimiento. Cuanto más grande es un objeto o más rápido se mueve, más energía cinética tiene. La suma de la energía potencial y la energía cinética macroscópica se denomina energía mecánica y permanece constante para un sistema cuando sólo hay fuerzas conservativas (sin fuerzas no conservativas).

La energía cinética se calcula con la siguiente fórmula:

[math]E = \frac{1}{2}mv^2[/math]
  1. Cuanto más masa tiene un objeto en movimiento, más energía cinética tiene a la misma celeridad. Un automóvil de 2000 kg que se mueve a 14 m/s tiene el doble de energía cinética que un automóvil de 1000 kg que se mueve a un equivalente de 14 m/s.
  2. Debido a que el término de velocidad en esta fórmula es cuadrado, la velocidad tiene un efecto mucho mayor que la masa sobre la energía cinética. Un automóvil que se mueve al doble de la velocidad que otro automóvil de masa idéntica tendrá 22 o cuatro veces más energía cinética. ¡Un automóvil que se mueve a tres veces la velocidad base tendrá 32 o NUEVE veces la energía cinética original!

Algunas formas de hacer uso de la energía cinética macroscópica incluyen:

La energía eólica utiliza la energía cinética que poseen los cuerpos de aire en movimiento (viento) y la convierte en electricidad. El viento en sí se crea inicialmente a través de patrones complejos de cambios en la energía térmica a medida que el sol calienta y enfría la atmósfera y los océanos. (El sol en realidad no enfría los objetos, ¡pero el sol nunca brilla sobre un objeto de la Tierra todo el tiempo!)

La energía hidroeléctrica utiliza la energía cinética del agua en movimiento a medida que cae (en una cascada o presa hidroeléctrica).

La energía mareomotriz utiliza la energía del agua en movimiento a medida que avanza y retrocede debido a las mareas.

PhET: Parque de patinaje energético

La Universidad de Colorado nos ha permitido amablemente utilizar la siguiente simulación PhET. Explore esta simulación para ver cómo la energía potencial gravitatoria y la energía cinética cambian pero mantienen la energía mecánica igual. Observe cómo la energía mecánica puede perderse y convertirse en energía térmica, pero la cantidad total de energía sigue siendo la misma:

Energía cinética microscópica

La energía térmica (temperatura) es un tipo especial de energía cinética. No es la energía de un objeto completo en movimiento, sino que es la energía total de movimiento, rotación y vibración de los átomos y moléculas dentro de un objeto. En un gas o una mezcla de gases, como el aire, el movimiento (y la rotación) de las partículas de gas individuales constituye esta energía. En un sólido, como una mesa, la energía térmica existe como vibración de átomos o moléculas. La energía térmica total también incluye algunas formas atómicas de energía potencial, pero la energía cinética de las partículas es la más fácil de enfocar. La temperatura de un objeto está determinada por su energía cinética microscópica total.

Si bien, no toda la energía cinética microscópica puede convertirse en trabajo útil, un motor térmico puede obtener parte de la energía térmica y convertirla en trabajo útil (aunque esto está limitado por el segundo principio de la termodinámica).

Simulación PhET

La Universidad de Colorado nos ha permitido amablemente utilizar la siguiente simulación PhET. En esta simulación se explora cómo la energía cinética macroscópica se convierte en energía cinética microscópica:

Para obtener más información sobre la energía cinética, consulte hyperphysics.

Ver lecturas adicionales

Referencias

  1. Wolfson, Energy, Environment and Climate, Second ed. New York, USA: W.W. Norton, 2010

Autores y redactores

Ethan Boechler, Allison Campbell, Jonathan Elbaz, Jordan Hanania, James Jenden, Ellen Lloyd, Anna Pletnyova, Kailyn Stenhouse, Luisa Vargas Suarez, Jasdeep Toor, Jason Donev
Última actualización: 9 noviembre, 2021
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