Energía Cinética y Energía Potencial: ¿Qué es la Energía Cinética? Formula, Ejemplos, Definición

Se conoce como Energía Cinética a aquella que poseerá cualquier cuerpo como consecuencia de su movimiento.

La energía cinética es la labor imprescindible para precipitar un determinado cuerpo de una masa desde lo que se entiende como su descanso hasta la velocidad que alcanza, entonces, una vez lograda la activación cualquier cuerpo mantendrá su energía cinética siempre y cuando no modifique su velocidad. En tanto, para que el cuerpo regrese al estado de reposo será imprescindible un trabajo pero al revés del cuerpo, en sentido negativo de la energía cinética.

¿QUÉ ES LA ENERGÍA CINÉTICA?

Es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Esta definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo regrese a su estado de equilibrio.

Esta capacidad de realizar cambios, que poseen los cuerpos en movimientos, se debe fundamentalmente, a dos factores: la masa del cuerpo y su velocidad. Un cuerpo que posee una gran masa, podrá producir grandes efectos y transformaciones debido a su movimiento. Un ejemplo de la aplicación de esta energía es el que se usaba en la Edad Media, cuando los atacantes de un castillo empujaban las puertas con un pesado ariete: un tronco grande y pesado, reforzado con hierro o bronce. También la velocidad del cuerpo es determinante para su energía cinética. Este efecto puede observarse cuando una bala, de apenas unos gramos, puede penetrar en gruesos troncos, al ser disparada a gran velocidad con un fusil. Una pelota en lo alto de una cuesta, por ejemplo tiene energía potencial, pero mientras rueda hacia abajo la va perdiendo. Las energías eléctricas, química y nuclear son formas de energía potencial. Un objeto pesado a alta velocidad tiene energía cinética que disminuye cuando rueda hacia abajo.

La energía potencial se almacena en los cuerpos en reposo capaces de moverse.

En la determinación de la energía cinética, sólo se toma en cuenta la masa y la velocidad de un objeto, sin importar como se originó el movimiento; en cambio, la energía potencial depende del tipo de fuerza que se aplique a un objeto. Por tal razón existen diferentes tipos de energía potencial. El estudio de todos los aspectos con que un sistema químico se acerca a una condición de equilibrio, es lo que se define como cinética-química.

En química la teoría cinética explica el comportamiento de la materia en sus tres estados: sólidos, líquido y gaseoso. El estado de un cuerpo está determinado por la cantidad de energía cinética de sus átomos y moléculas (pequeñas partículas que forman la materia).

Los cuerpos pueden realizar un trabajo por el hecho de estar en movimiento, es decir, los cuerpos en movimiento tienen energía. Esta forma de energía mecánica se llama energía cinética (EC).

Cuando un cuerpo está en movimiento, tiene una cierta velocidad. Ya sabes que, para pasar del estado de reposo a movimiento, hay que aplicar una fuerza, que multiplicada por el desplazamiento del cuerpo es igual al trabajo que realiza.

Calculemos ese trabajo:

W = F · s

Si el cuerpo parte del reposo, el espacio recorrido será:

s = 1 2 a t 2

Y, según la ecuación fundamental de la dinámica:

W = m · a · s = m · a · 1 2 a t 2 → W = 1 2 m ( a t ) 2 = 1 2 m v 2

Por tanto, la energía almacenada por un cuerpo en movimiento (EC) es:

E C = W = 1 2 m v 2

En ocasiones resulta difícil conocer la fuerza que ha actuado sobre el cuerpo, pero si conocemos la variación de velocidad, podemos saber cuál es el trabajo efectuado sobre el cuerpo, que corresponde a la variación de energía cinética:

E C 1 = 1 2 m v 1 2 E C 2 = 1 2 m v 2 2 } W = E C 2 - E C 1 = Δ E C

La energía de la bola en movimiento sirve para derribar los bolos

ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL

La energía mecánica es la suma de la energía Potencial y la Cinética. La energía potencial está vinculada a la posición de los cuerpos. Depende de la altura, como se demuestra en la siguiente fórmula:

Ep = m.g.h

La energía potencial es igual a la masa del cuerpo multiplicada por la gravedad y por la altura a la que se encuentra desde un centro de referencia. Por ejemplo, desde el suelo.

La energía cinética de un cuerpo está determinada por la velocidad que tenga este y su masa. La fórmula es:

Ec = ½.m.v2

La energía cinética es igual a un medio del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad.

Por otra parte como se ha mencionado, la energía mecánica es la suma entre la energía potencial y cinética.

EM = Ep + Ec

Este valor siempre es constante en sistemas conservativos, es decir donde hay ausencia de fuerzas externas como podrían ser las fuerzas de rozamiento.

Por lo tanto, si la energía potencial disminuye, la energía cinética aumentara. De la misma manera si la cinética disminuye, la energía potencial aumentara.

La unidad más usada de energía es el joule (J).

Cuando estamos en presencia de fuerzas no conservativas como la fuerza de roce o rozamiento, esta realiza un trabajo en contra del desplazamiento de un cuerpo. Este trabajo es igual a dicha fuerza multiplicada por la distancia.

W fr = Fr . d

A su vez la Fr es igual a:

Fr = μ . N

μ = coeficiente de roce (son números que oscilan entre 0 y 1 y carecen de unidad)

N = Fuerza Normal

El trabajo que realiza este tipo de fuerzas hace que disminuya la energía mecánica del sistema. Es decir, va en detrimento de la energía mecánica inicial. Dicho de otra manera. La variación de la energía mecánica de un sistema es igual al trabajo de la fuerza de roce.

EMa – EMb = WFr

Energía Potencial y Energía Cinética. Problemas.

1) Calcula la energía potencial de un cuerpo cuya masa es de 400 gramos y se encuentra a una altura de 8 metros.

Primero es conveniente convertir los gramos en kilos. M = 0,4 Kilogramos. Para obtener la energía en joule.

Energía Potencial = m.g.h  (masa por gravedad por altura).

Energía Potencial = 0,4 kgs . 9,8 m/seg2. 8m

Energía Potencial = 31,36 j.

2) Calcula la velocidad con la que cae el cuerpo un instante antes de tocar el suelo.

En el momento en que llega al suelo, el cuerpo ha perdido toda la energía potencial ya que no tiene altura desde el suelo que es el punto de referencia. Pero como la energía mecánica debe mantenerse constante se deduce que toda esa energía potencial ha de transformarse en energía cinética.

Por lo tanto la energía potencial en el punto más alto es igual a la energía cinética del punto más bajo. Esta igualdad no la podemos hacer en casi ningún punto intermedio.

Energía Potencial = Energía Cinética.    Energía Cinética = ½ m.v2 (la mitad del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad).

Energía Cinética = 31,36 j.

31,36 = ½ . 0,4 Kgs. v2.  De esta expresión debemos despejar la velocidad.

V2 = 2 . 31,36 j/0,4kgs.  Luego el cuadrado lo pasamos como raíz cuadrada y calculamos la velocidad.

V = 12,52 m/seg. (metros sobre segundo).

3) Calcula la energía cinética de un cuerpo que marcha a una velocidad de 12 m/seg y tiene una masa de 4 kgs.

 

Energía Cinética = 1/2 m.V2

Energía Cinética = 1/2 . 4kgs . (12m/seg)2

Energía Cinética = 288 j. (Joules).

4) En el siguiente diagrama vemos un plano inclinado con un cuerpo en su parte superior a 3 mts. del suelo. Calcular:

a) La Energía Cinética y Potencial de dicho cuerpo en el punto superior e inferior.

b) La velocidad al llegar al suelo.

En el punto superior, el cuerpo carece de movimiento por lo tanto solo tiene energía potencial debido a la altura y no energía cinética. Calculamos su energía potencial.

 

E p = m.g.h

E p = 4 kgs . 9,8 m/seg2. 3mts.

Ep = 117,6 J.

 

Ec = 0

 

En el punto inferior, el cuerpo alcanza su máxima velocidad. Toda la energía potencial se transforma energía cinética. Aquí la energía potencial vale cero ya que no hay altura. Sabemos que la energía cinética se calcula con la fórmula:

 

Ec = ½.m . v2

 

Ya tenemos este valor, por lo tanto lo que necesitamos ahora es calcular la velocidad. Para eso despejamos v en dicha fórmula quedando:

V = 7,67 m/seg2

LA FÓRMULA DE LA ENERGIA CINETICA

Energia cinética es la capacidad que tiene un cuerpo de efectuar un trabajo en virtud del movimiento que lleva o la velocidad que desarrolla.

¿Cómo se mide la energía cinética? Al igual que el trabajo y la energía potencial, la energía cinética se mide en julios (joules); la expresión matemática para determinarla es la siguiente:

Ec= ½ · mv2

donde m es la masa del cuerpo, dada en kilogramos, y V la velocidad del cuerpo, medida en m/s.

Por ejemplo, un coche de 1300 Kg que circula a una velocidad de 120 Km/h (33.3 m/s) tendrá una energía cinética de

Ec = ½·1300·33,32 Kg·m2/s2 = 722222 j

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