Cuando la energía cinética es igual a la energía potencial
La Ley de Conservación de la Energía establece que la energía no puede crearse ni destruirse. En otras palabras, la energía total de un sistema permanece constante. Este es un concepto importante que hay que recordar cuando se trata de problemas de energía. Las dos formas básicas de energía en las que nos centraremos son la energía cinética y la energía potencial.
La energía cinética es la que proviene del movimiento. En otras palabras, los objetos que se mueven tienen algo que se denomina energía cinética. Como la energía cinética se basa en el movimiento, siempre es un valor positivo. Si no está en movimiento, la energía cinética de ese objeto es cero. La energía cinética nunca puede ser un valor negativo. La energía cinética puede cuantificarse como la mitad de la masa por la velocidad al cuadrado (KE = 1/2*m*v²). En unidades del SI, la masa debe estar en kilogramos (kg), y la velocidad en metros por segundo (m/s). En unidades inglesas, la masa debe ser una libra (lbm) o una babosa, y la velocidad en pies por segundo (ft/seg).
Una vez definidas la energía cinética y la energía potencial, podemos aplicar la Ley de Conservación de la Energía. En otras palabras, la energía cinética más la energía potencial es igual a una constante (KE+PE=Constante).
Fórmula de la energía cinética
Uno de los conceptos más fundamentales de la física es la energía. Es difícil definir lo que es realmente la energía, pero una definición útil podría ser “una medida de la cantidad de cambio que tiene lugar dentro de un sistema, o el potencial para que el cambio tenga lugar dentro del sistema”.
A grandes rasgos, la energía puede dividirse en dos formas: cinética y potencial. La energía cinética es la energía del movimiento o del cambio. La energía potencial es la energía que tiene un sistema como resultado de poder sufrir algún cambio. Para dar un ejemplo concreto, un libro que cae tiene energía cinética, porque su posición en el espacio está cambiando
(se mueve hacia abajo). Un libro que descansa en una estantería no tiene energía potencial respecto a la estantería, ya que tiene una altura de cero metros respecto a la estantería. Sin embargo, si el libro se eleva a cierta altura sobre la estantería, entonces tiene una energía potencial proporcional a la altura a la que se encuentra sobre la estantería.
Un objeto puede tener al mismo tiempo energía cinética y potencial. Por ejemplo, un objeto que está cayendo, pero que aún no ha llegado al suelo, tiene energía cinética porque se está moviendo hacia abajo, y energía potencial porque puede moverse hacia abajo aún más de lo que ya lo ha hecho. La suma de las energías potencial y cinética de un objeto se llama energía mecánica del objeto.
La suma del cambio de energía cinética y potencial es siempre cero
Recordemos el Teorema Trabajo-Energía, que relaciona el trabajo neto realizado sobre un objeto con su cambio de energía cinética, a lo largo de una trayectoria desde el punto \(A\) hasta el punto \(B\): \[\begin{aligned} W^{net}=\Delta K = K_B – K_A\end{aligned}] donde \(K_A\\\\\b) es la energía cinética inicial del objeto y \(K_B\b) es su energía cinética final. Generalmente, el trabajo neto realizado es la suma del trabajo realizado por las fuerzas conservativas, \(W^C\), y el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas, \(W^{NC}\): \El trabajo realizado por las fuerzas conservativas puede expresarse en términos de cambios en las funciones de energía potencial. Por ejemplo, supongamos que sobre el objeto se ejercen dos fuerzas conservativas, \(\vec F_1\) y \(\vec F_2\). El trabajo realizado por esas dos fuerzas viene dado por: \[\begin{aligned} W_1 &= -\Delta U_1\\\\ W_2 &= -\Delta U_2\end{aligned}] donde \(U_1\) y \(U_2\) son los cambios de energía potencial asociados a las fuerzas \(\vec F_1) y \(\vec F_2\), respectivamente. Podemos reordenar el Teorema Trabajo-Energía como sigue1:
Cuál es la etiqueta de la energía potencial
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].