Antes de poder definir lo qué es la energía cinética, es importante tener en cuenta que existen muchos tipos de energía. Se puede hablar de la energía mecánica, hidráulica, eléctrica y muchas otras más. No obstante, todas las anteriores pueden agruparse bajo dos modalidades de energía: cinética y potencial.
Cuando un objeto se desplaza, tiene la cualidad de modificar todo aquello que lo rodea. Dicha facultad de generar cambios es lo que se define en la física como energía. Si un objeto golpea a otro, automáticamente el estado de reposo cambia en ambos. En tal sentido, se asume que el primer objeto tiene energía cinética.
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¿Qué es la energía cinética?
La energía cinética consiste en el tipo de energía que contiene un cuerpo a causa de su movimiento. Este tipo de energía ha sido de amplio estudio para la física y en este campo se le define de la siguiente manera:
La cantidad de esfuerzo ejecutado por todas las fuerzas que inciden sobre un objeto con masa específica, requerido para acelerarlo partiendo de una velocidad de origen hasta lograr una aceleración final.
Una vez que se consigue dicha rapidez, de acuerdo con la Ley de inercia, la proporción de energía cinética almacenada no se modificará.
La energía cinética puede variar en el caso de que otra fuerza genera una acción sobre el objeto, causando algún esfuerzo sobre este, modificando su aceleración.
En palabras más simples, se puede conceptualizar la energía cinética como la función mediante la cual un cuerpo puede cambiar su estado de quietud por movimiento con una velocidad particular.
Un cuerpo que se encuentre quieto posee una cantidad de energía cinética igual a cero. En el momento en que el objeto empieza a moverse y su velocidad es mayor, este cuerpo incrementará su proporción de energía cinética.
Para que dicho cuerpo detenga su movimiento y regrese al estado de reposo inicial, debe recibir la misma proporción energética que ha causado su desplazamiento. No obstante, en este caso debe ser contraria u opuesta.
Es importante tener clara la distinción entre la energía cinética rotativa y traslativa. A pesar de que las dos se relacionan comúnmente en un tipo de energía cinética mixta, no son exactamente lo mismo.
Un vistazo a la historia de la energía cinética
La definición que se conoce actualmente de energía cinética data del siglo XIX. Fue a mediados de este siglo en que Gaspard-Gustave Coriolis llevó a cabo una serie de investigaciones en el año 1829. Sin embargo, no fue sino hasta el año 1850 que William Thomson le dio mucha más preponderancia en el mundo de la física.
A pesar de que existen datos de investigación relacionados con este tipo de energía de estos períodos de tiempo, es muy probable que su descubrimiento se remonta a muchos años antes. En el siglo XVIII surgió el término “fuerzas vivas” planteado por Johann Bernouilli y Gottfried Leibniz.
Ambos, sostenían que existía en el mundo una proporción equivalente a la masa multiplicada dos veces por la aceleración, cuya sumatoria total continuaba en constancia en los choques entre dos cuerpos.
A pesar de cierta oposición por parte de Isaac Newton, el mayor representante del ámbito de la física para entonces, Willems Gravensade, realizó un ensayo que afianzaba la relevancia de las “fuerzas vivas” que, para esa época no eran más que lo que se conoce en la actualidad con energía cinética.
Para poder desarrollar el experimento, Gravensade colocó peso en bases de arcilla y observó la capacidad de penetración. Determinó que al lanzar un objeto cuya masa es el doble, la distancia que impactaba en la arcilla era el doble.
En cambio, si dejaba caer dos cargas pesadas con la misma masa, uno de los objetos con doble velocidad en relación al otro, el más rápido impactaba cuatro veces más profundo. Es decir, la modificación generada en este escenario (refiriéndose al agujero de barro) se multiplicaba al doble.
En el caso de triplicar la rapidez, el hoyo en la arcilla era nueve veces más hondo. Esto último en matemática simple se traduce en 3×3=9 y, así respectivamente. En líneas generales, las “fuerzas vivas” o lo que se conoce en la actualidad como energía cinética debe ser equivalente al resultado de la multiplicación de la masa por la aceleración dos veces.
Diferencia entre energía cinética y potencial
La energía cinética y la energía potencial generan en conjunto lo que se conoce como energía mecánica. Estos dos tipos de energía no son lo mismo y se diferencian en que la energía potencial refiere a la cantidad de energía del cuerpo con respecto al espacio que ocupa un cuerpo en reposo.
Ejemplos de energía cinética
Algunos ejemplos que reflejan la existencia o comportamiento de la energía cinética en la cotidianeidad son:
Andar en patineta
Una persona en patineta al estar en la U se encuentra en constante uso de energía potencial y cinética. En el caso de la energía potencial, sucede en el momento en el cual se paraliza en los extremos de la tabla de concreto. Por su parte, la energía cinética la experimenta cuando se desplaza de un polo a otro.
Si el patinador tiene mayor peso, su nivel de energía cinética será mucho mayor. Del mismo modo, si la patineta cuenta con las condiciones para ir más rápido.
Rompimiento de un jarrón
Mientras la gravedad ejerce su función sobre el jarrón, la energía cinética es acumulada en el objeto mientras cae. Posteriormente a su caída, se libera haciendo pedazos en el suelo. El esfuerzo inicial causado por el golpe que hace caer el jarrón, actúa causando mayor velocidad de caída y acaba con su estado de reposo.
Todo el trabajo final, lo hace la gravedad terrestre que lleva a este cuerpo hasta el suelo de forma inminente.
Una pelota
Al aplicar la fuerza suficiente en una pelota en estado de quietud, se acelera lo necesario para que pueda moverse en la distancia entre una persona y otra.
En este caso, se le adjudica energía cinética que, al ser atajada es contrarrestada del mismo modo siendo devuelta. Si la pelota es de gran tamaño, toma mucho más trabajo poder detenerla y viceversa.
Una piedra en una ladera
Empujar una piedra en una ladera es otro ejemplo de energía cinética. La labor que se lleva a cabo al empujar la roca debe ser superior a la energía potencial de la misma y la fuerza de gravedad que se ejerce sobre su masa. En el caso opuesto de no lograrlo, será imposible desplazar la piedra.
Modalidades de la energía cinética
Como se destaca con antelación, la energía cinética destaca por tener dos modalidades en las cuales puede estar presente. A continuación, se describen cada una de ellas.
Energía cinética rotacional
En el campo de la física, este tipo de energía se define como la energía cinética que se ejerce sobre un objeto rígido, que se mueve en relación a un eje fijo. Esta energía se encuentra condicionada al momento en el cual ocurra la inercia y del ángulo de aceleración del objeto.
A mayor distancia de la masa del objeto del eje rotacional, se requerirá de mayor cantidad de energía para que dicho objeto pueda tener mayor rapidez. Este tipo de energía es de gran relevancia para muchos aspectos como ruedas, turbinas, hélices, etc.
Energía cinética traslacional
La energía cinética traslacional sucede en el momento en que las partes de un cuerpo se mueven en un mismo sentido. Un ejemplo claro de esto, es el hecho de caminar. De igual modo, un objeto elevado a cierto nivel de altura, cuando cae puede convertir su energía potencial gravitacional en energía cinética de traslación.
Enfoques de la energía cinética
Si bien es cierto que la energía cinética no se puede categorizar o subdividir en diversos tipos, si existen algunos enfoques particulares que se le dan de acuerdo con el ámbito de estudio, por ejemplo:
· En mecánica convencional: En este campo de estudio se le define de acuerdo con diversos sistemas referenciales, bien sea sólidos rígidos rotacionales o conjunto de partículas. Cada uno de estos corresponde a un escenario en particular que se expresa con fórmulas y variables distintas que se deben tener en consideración.
· En mecánica relativista: Este tipo de mecánica que cuenta con gran influencia relativista plantea que la energía cinética se basa en dos casos: la energía cinética que posee un sólido rotando y la energía cinética de una partícula.
· En mecánica cuántica: Se basa en la energía cinética de las partículas de átomos y sólidos rígidos constituidos por una cantidad inagotable de partículas.
Ventajas y desventajas de la energía cinética
Al igual que el resto de las energías que se conocen hasta la actualidad, la energía cinética cuenta tanto con ventajas como desventajas que se deben tener en cuenta. A continuación, se describen las más importantes.
Ventajas de la energía cinética
Algunas de las ventajas más importantes son:
· Se trata de un tipo de energía que no representa afectación alguna para el medio ambiente. No genera desechos, residuos o gases tóxicos. Adicionalmente, es renovable y siempre se puede obtener.
· No requiere de gran inversión o equipos para su instalación. Para poder tener disponibilidad de energía cinética, solo se necesita generar una fuerza lo suficientemente capaz como para modificar el estado de reposo de un cuerpo.
· Puede coexistir con otros usos del terreno. Es decir, donde hay instalaciones para obtener este tipo de energía, se pueden realizar también cultivos.
Desventajas de la energía cinética
Algunas de las desventajas más importantes son:
· Este tipo de energía no tiene la cualidad de poder emplearse como una fuente única de energía.
· No se puede generar con exactitud la producción de energía cinética.
Utilidad de la energía cinética
Como ya se ha planteado antes, la energía cinética sucede en función de los cuerpos en desplazamiento y está relacionada con la masa y la aceleración que puedan alcanzar los mismos. En tal sentido, este tipo de energía cuenta con diversos tipos de usos que vale la pena destacar.
La energía cinética puede usarse como fuente para generar otros tipos de energía como electricidad, por ejemplo. Una representación clara de esto, es la conversión de energía cinética a eléctrica que ocurre con el movimiento de las ruedas de una bicicleta que hace girar la dinamo y permite que la luz se encienda.
Otra utilidad que se puede destacar es la que se aplica en los campos de energía limpia. En estos espacios se produce electricidad empleando energía eólica. Esto, en pocas palabras lo que realiza es la conversión de energía cinética en eléctrica por medio del movimiento que ejecutan los molinos de viento.
Datos interesantes de la energía cinética
Existen algunos aspectos acerca de la energía cinética que se pueden observar a continuación.
· La energía cinética que se puede alcanzar depende de la aceleración del cuerpo al doble. Es decir, cuando la rapidez de un cuerpo se multiplica por dos, la energía cinética es cuatro veces mayor.
Por ejemplo, un coche que se mueve a 60 kilómetros por hora cuenta con la cantidad de energía cinética equivalente a cuatro veces más que la de un auto que se mueve a 30 kilómetros por hora. Por ello, el potencial de causar más muertes o lesiones graves en un accidente es cuatro veces más.
· La energía cinética siempre tendrá valor cero o positivo. En cambio, la aceleración puede contar con un valor tanto positivo como negativo. Del mismo modo, la aceleración al cuadrado siempre será positiva.
· Este tipo de energía no es vectorial. Si una pelota es arrojada hacia la derecha con aceleración de 3 metros por segundo, cuenta con la misma cantidad de energía cinética que una pelota arrojada hacia abajo con la misma velocidad.
Conclusión
Se conoce como energía cinética la que posee un cuerpo con relación a su desplazamiento relativo. Mientras un objeto posea mayor aceleración, mayor será la cantidad de energía cinética que acumule. En este tipo de energía participan tanto la aceleración del cuerpo como su masa.
Lo más interesante de la energía cinética es que cuando el cuerpo duplica la aceleración, la energía cinética se cuadruplica.
Referencias
https://www.significados.com/energia-cinetica/
www.ejemplos.co/ejemplos-de-energia-cinetica/
https://www.circulaseguro.com/que-es-la-energia-cinetica/
www.universidadviu.com/es/actualidad/nuestros-expertos/que-es-la-energia-cinetica-definicion
www.fisicalab.com/apartado/energia-cinetica
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