Energía mecánica
Cuando un gato persigue algo, se mueve muy rápido. Una persona puede comentar: “ese gato tiene mucha energía”, ¡lo cual es más correcto de lo que se imagina! Una forma de energía se observa cuando un objeto se mueve, y este tipo de energía es la base de muchos procesos químicos.
La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo o de producir calor. Como ya se ha comentado, la energía cinética es un tipo de energía y está asociada al movimiento. Otra energía frecuente es la energía potencial, un tipo de energía que se almacena en la materia y se libera durante una reacción química. El julio (izquierda) es la unidad de energía del SI y recibe su nombre del físico inglés James Prescott Joule (1818-1889). Si volvemos a la ecuación de la energía cinética escrita anteriormente, podemos poner las unidades \(\text{kg}\) para la masa y \(\text{m}^2/\text{s}^2\) para la velocidad al cuadrado. Entonces, en términos de unidades básicas del SI, un julio es igual a un kilogramo por un metro al cuadrado, dividido por un segundo al cuadrado \left( \text{kg} \cdot \text{m}^2/\text{s}^2 \right)\c). Otra unidad común de energía que se utiliza a menudo es la caloría \(\left( \text{cal} \right)\N-, que equivale a \(4,184 \text{J}\N-).
Energía interna
Energía cinéticaLos vagones de una montaña rusa alcanzan su máxima energía cinética cuando se encuentran en la parte inferior del recorrido. Cuando empiezan a subir, la energía cinética empieza a convertirse en energía potencial gravitatoria. La suma de la energía cinética y potencial del sistema se mantiene constante, sin tener en cuenta las pérdidas por rozamiento.Símbolos comunesKE, Ek o TSI unidadjulio (J)Derivaciones de otras magnitudesEk = 1/2mv2
Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta su velocidad establecida. Al haber ganado esta energía durante su aceleración, el cuerpo mantiene esta energía cinética a menos que su velocidad cambie. El cuerpo realiza la misma cantidad de trabajo al desacelerar desde su velocidad actual hasta un estado de reposo. Formalmente, una energía cinética es cualquier término del Lagrangiano de un sistema que incluye una derivada con respecto al tiempo. [2][3]
El adjetivo cinético tiene sus raíces en la palabra griega κίνησις kinesis, que significa “movimiento”. La dicotomía entre energía cinética y energía potencial se remonta a los conceptos de actualidad y potencialidad de Aristóteles[4].
Fórmula de la energía cinética
La energía cinética es la forma de energía más fácil de entender. Si algo se mueve, tiene energía cinética. Si se mueve más rápido, tiene más energía cinética. Y si dos cosas se mueven a la misma velocidad pero una tiene más masa, también tiene más energía cinética.
En esta sección, hablaremos de la energía cinética del movimiento lineal, o del movimiento en un plano, que puede ser curvo. Nos reservaremos para otro apartado hablar de la energía cinética de la rotación o movimiento circular.
Llegamos a la fórmula de la energía cinética considerando la cantidad de trabajo que puede realizar un objeto en movimiento. Piensa en algo así como un martillo clavando un clavo. El martillo tiene energía cinética porque tiene masa y está en movimiento. Golpea el clavo con cierta velocidad inicial, vi, y finalmente llega al reposo (vf = 0). Durante el movimiento, se realiza un trabajo sobre el clavo. Ese trabajo es:
Si duplicamos la masa, el KE se duplicará. Esto se muestra en el gráfico siguiente. La curva negra es el KE frente a la velocidad para un objeto de 1 Kg. Si duplicamos la masa a 2 Kg (curva magenta), la energía se duplica. Si duplicamos aún más la masa a 4 Kg, se obtiene la curva verde. Se muestran los valores de KE para una velocidad de 6 m/s. Se puede ver que al duplicar de 1 Kg a 2 Kg se duplica el KE de 18 J a 36 J. Al duplicar aún más la masa de 2 Kg a 4 Kg se duplica de nuevo el KE de 36 J a 72 J. Se trata de una relación lineal entre KE y masa.
Energía eléctrica
ConclusiónEl julio es la unidad métrica del SI para la energía cinética, y el erg es la unidad del CGS para la misma. La energía cinética es una parte de la energía mecánica traslacional. Al ser una cantidad escalar, sólo depende de la magnitud de la fuerza.
Respuesta: Hay muchas aplicaciones de la energía cinética. Algunas son las centrales hidroeléctricas, los molinos de viento, las naves espaciales, los disparos de una pistola, etc. El combustible se quema para producir la fuerza necesaria para impulsar una nave espacial en el espacio. En el espacio exterior, la velocidad es constante debido a la ausencia de fuerzas restrictivas como la gravedad y la fricción. Del mismo modo, la energía eólica proporciona la fuerza en los molinos de viento, y la combustión de la pólvora proporciona la fuerza necesaria para que una bala dispare.
Respuesta: Sólo una parte de la energía cinética se convierte en energía potencial debido a las fuerzas restrictivas que actúan sobre el cuerpo, como la fricción. La fricción provoca calor en el cuerpo en movimiento. Como resultado, parte de la energía cinética se disipa en forma de energía térmica.
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