Energía cinética

energía cinética

Para acelerar un objeto se debe que aplicar fuerza, por lo tanto, se ‘trabaja’. Cuando se trabaja en un objeto, se transfiere energía y el objeto se mueve con una nueva velocidad constante. La energía que se transfiere se conoce como energía cinética y depende de la masa y la velocidad alcanzada. Es decir, la energía cinética es la energía del movimiento, ya sea vertical u horizontal, y está relacionada con la velocidad de un objeto.

Puede adoptar muchas formas. Por ejemplo, el agua que fluye por una cascada tiene energía cinética. En los sistemas biológicos, las partículas de luz viajan y son absorbidas por las plantas para crear energía química. Los animales consumen la energía química y emiten moléculas que transportan su olor a través del aire. También generan energía cinética cuando huyen de los depredadores. Los sistemas completos también poseen energía cinética, como el sistema solar, donde tiene lugar el movimiento de estrellas y planetas enteros.

La energía cinética, por ejemplo, mientras que el agua detrás de una presa tiene energía potencial, el agua que fluye rápidamente por una cascada tiene energía cinética. Si en el fondo de la cascada, el agua dejaba de moverse y se acumulaba, su energía se convertiría nuevamente en energía potencial. La energía cinética es una forma de energía asociada con el movimiento de una partícula, un solo cuerpo o un sistema de objetos que se mueven juntos.

Este puede ser el movimiento de objetos grandes (energía cinética macroscópica) o el 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".

La energía cinética macroscópica 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 llama energía mecánica y permanece constante para un sistema cuando solo hay fuerzas conservadoras (no fuerzas no conservadoras).

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    Entonces... ¿Qué es la energía cinética?

    La energía cinética es la energía del movimiento. Cualquier objeto que realice o tenga un movimiento, sea de manera horizontal o vertical, tiene energía cinética. Hay muchas formas de energía cinética: vibratoria (la energía debida al movimiento vibratorio), rotacional (la energía debida al movimiento de rotación) y traslacional (la energía debida al movimiento de un lugar a otro).

    La energía cinética se puede almacenar. Por ejemplo, se necesita trabajo para levantar un peso y colocarlo en un estante o para comprimir un resorte. Por lo tanto, sabemos que la energía se conserva, es decir, no se puede crear ni destruir; solo se puede convertir de una forma a otra. En estos dos casos, la energía cinética se convierte en energía potencial porque, si bien no está funcionando, tiene el potencial de hacerlo.

    La energía cinética se utiliza para casi todo. Los rayos de radio, gamma y ultravioleta utilizan energía cinética para moverse de un lugar a otro. La energía cinética térmica es utilizada por calentadores, fuego, luz solar y cualquier otra fuente de calor. La energía cinética del movimiento se utiliza para operar vehículos, caminar de un lugar a otro. Así como también la energía cinética del sonido es la forma en que las ondas sonoras viajan por el aire.

    Desarrollo histórico

    Históricamente, los seres humanos han utilizado tres fuentes naturales de energía cinética: viento, agua y mareas. Aunque los primeros humanos a menudo aprovecharon inadvertidamente la energía cinética del aire o el agua en movimiento para hacer cosas como separar el grano de la paja o flotar río abajo, el uso deliberado de la energía cinética para impulsar la maquinaria se produjo solo en la era histórica.

    La energía cinética comenzó a ser estudiada científicamente desde el siglo XVIII, siendo el principio de la mecánica clásica teorizado por primera vez por Gottfried Leibniz, un filósofo y  matemático alemán, y Johann Bernoulli, un matemático y médico suizo, quienes describieron la energía cinética y la denominaron como la "fuerza viva" o vis viva.

    Años más tarde, el holandés Willem's Gravensade realizó una investigación que confirma la importancia de la vis viva y era el doble de lo que ahora se conoce como energía cinética. Al dejar caer pesos desde diferentes alturas en un bloque de arcilla, Gravesande determinó que su profundidad de penetración era proporcional al cuadrado de su velocidad de impacto. Émilie du Châtelet reconoció las implicaciones del experimento y publicó una explicación.

    El concepto que se maneja actualmente, hace su aparición a mediados del siglo XIX a través de las aportaciones del científico francés Gaspard-Gustave Coriolis en 1829, quien publicó un artículo donde describe las matemáticas de la energía cinética. Más tarde es definido por el físico británico William Thomson (también conocido como Lord Kelvin) en 1850, recibiendo así el crédito por acuñar el término “energía cinética”.

    Formas de la energía cinética

    Entre las formas de energía cinética están:

    Vibratoria

    La energía cinética vibratoria es la energía cinética que tiene un objeto debido a su movimiento vibratorio. El teléfono celular que vibra cuando suena y la vibración de un tambor cuando es golpeado por un martillo son algunos ejemplos de energía cinética vibratoria.

    Rotacional

    La energía cinética de rotación es la energía cinética que tiene un objeto debido a su movimiento de rotación alrededor de un eje. También se le llama energía cinética angular. El objeto en rotación tiene energía cinética asociada con la rotación, incluso si su centro de masa está en reposo. Por ejemplo, suponga que hace girar una rueda de bicicleta sobre su eje y mantiene el eje inmóvil.

    Traslacional

    En matemáticas y física, la palabra traducida significa “moverse de un lugar a otro”. La energía cinética de traslación es la energía cinética que tiene un objeto debido a su movimiento en línea recta de un lugar a otro. El tren en movimiento sobre una pista, cualquier objeto que caiga libremente debido a la gravedad, la conducción de un automóvil en la carretera, y la expansión de las galaxias son algunos ejemplos de energía cinética de traslación.

    Tipos de energía cinética

    Energía radiante

    La energía de la radiación o luz electromagnética se llama energía radiante. La energía radiante también se denomina energía electromagnética. Es un tipo de energía cinética, refiriéndose a la energía que viaja por ondas o partículas. La energía se crea a través de ondas electromagnéticas y es más comúnmente experimentada por los seres humanos en forma de calor.

    Generalmente, cualquier cosa que tenga temperatura emite energía radiante. Los diversos ejemplos de energía radiante incluyen rayos gamma, rayos X , luz ultravioleta , luz visible (violeta, índigo, azul, verde, amarillo, naranja y rojo), radiación infrarroja , microondas y ondas de radio. La energía transmitida a la tierra desde el sol también es un ejemplo de energía radiante.

    Energía sonora

    La energía del sonido es una forma de energía producida debido a la vibración de un objeto. Esta energía puede viajar a través de cualquier medio transfiriendo energía de una partícula a otra y se puede escuchar cuando llega al oído de una persona. La energía del sonido no puede viajar a través del vacío porque el vacío no contiene partículas que actúen como medio. Viaja solo a través de un medio como el agua, el aire y el sólido.

    Por ejemplo, cuando un objeto vibra, transfiere su energía a las partículas circundantes y las hace vibrar. Estas partículas chocan nuevamente con otras partículas y así sucesivamente. Asimismo, la energía del sonido se transfiere de una partícula a otra. Los diversos ejemplos de energía sonora también incluyen alarma, bocina de vehículos, tormenta eléctrica, hablar con la gente, tocar los tambores, entre otros.

    Energía térmica

    Esta energía es similar a la energía radiante en que ambas se pueden experimentar en forma de calor o calidez. La diferencia es que mientras que la energía radiante se refiere a ondas o partículas, la energía térmica describe el nivel de actividad entre los átomos y moléculas de un objeto. A medida que se mueven más rápidamente, chocan con más frecuencia entre sí. Ese movimiento es la razón por la que la energía térmica se considera un tipi de energía cinética, incluso si es posible que no pueda ver ese movimiento a simple vista.

    En otras palabras, la energía térmica se produce cuando los átomos y las moléculas se mueven más rápido y chocan entre sí. La energía térmica de un objeto depende de la energía cinética de los átomos y moléculas. En los objetos más calientes, los átomos se moverán o vibrarán más rápido y tienen una alta energía cinética.  Por tanto, producirán más energía térmica.

    Energía eléctrica

    La energía de los electrones en movimiento se llama energía eléctrica.   Todos los objetos del universo están formados por pequeñas partículas llamadas átomos. Los átomos están formados por partículas muy pequeñas como electrones, protones y neutrones. Los electrones presentes en el átomo siempre se mueven alrededor del núcleo de un átomo.

    Cuando se aplica el voltaje o el campo eléctrico externo, los electrones presentes en el átomo ganan energía y rompen el enlace con el átomo principal y se convierten en un electrón libre. La energía transportada por este electrón libre es lo que se llama energía eléctrica o electricidad. Entre algunos ejemplos se encuentran los relámpagos, las baterías en uso, las anguilas eléctricas, las lámparas, entre otros.

    Energía Mecánica

    La suma de la energía cinética y la energía potencial se conoce como energía mecánica que no se puede crear ni destruir, sino que se puede convertir de una forma a otra. Visualmente, los ejemplos de energía cinética más obvios son ejemplos de energía mecánica. Es literalmente la energía asociada con el movimiento mecánico de un objeto. Cuanto más y más rápido se mueva el objeto, más energía mecánica tiene y más capacidad tiene para trabajar.

    Es importante señalar que estos diferentes tipos de energía cinética no son mutuamente excluyentes. Se pueden observar varios ejemplos de energía cinética en una sola instancia. En todos los casos, sin embargo, se está presenciando energía en forma de movimiento, es decir, energía cinética.

    Características de la energía cinética

    • Se genera mediante la aceleración de un cuerpo a una velocidad determinada.
    • Se puede almacenar. También se puede transferir de un cuerpo a otro en una colisión, que puede ser  elástica  o  inelástica.
    • Se puede convertir en otras formas de energía y viceversa, como la luz, el agua o la energía eólica que pueden producir electricidad para mover muchos de los dispositivos cotidianos que usamos en la vida diaria.
    • A diferencia de la velocidad, la aceleración, la fuerza y el momento, la energía cinética de un objeto se describe completamente solo por la magnitud.
    • Depende del movimiento y la masa que produce este movimiento. Cuanto mayor sea el movimiento y la masa, mayor será la generación de energía cinética.
    • Un sistema de cuerpos puede tener energía cinética interna debido a movimientos macroscópicos de los cuerpos en el sistema.

    Ejemplos de energía cinética

    Plantas hidroeléctricas

    Las centrales hidroeléctricas son lugares donde se produce la generación de electricidad con la ayuda del agua. Cuando el agua en movimiento, que posee algo de energía cinética, golpea la turbina presente en la presa, convirtiendo la energía cinética del agua en energía mecánica. Esta energía mecánica mueve las turbinas y luego, en última instancia, conduce a la producción de energía eléctrica.

    Coches en movimiento

    Los coches en movimiento poseen cierta cantidad de energía cinética. Esto se debe a que tienen algo de masa y velocidad. Recordando la fórmula de la energía cinética, ahora sabemos que al comparar un camión y un automóvil que se mueven en una carretera con la misma velocidad, llegaremos a la conclusión de que el camión tendrá una energía cinética más alta debido a su gran tamaño. Dado que la energía cinética es directamente proporcional a la masa del objeto en movimiento, un camión tendrá más energía cinética que un automóvil.

    Molinos de viento

    Los molinos de viento constituyen uno de los buenos ejemplos de aplicaciones de la energía cinética. En un molino de viento, cuando el viento (aire en movimiento) golpea las palas, provoca la rotación, lo que finalmente conduce a la generación de electricidad. Aquí, el aire en movimiento tiene energía cinética que provoca la rotación de las palas y, por lo tanto, también en este ejemplo, la energía cinética se convierte en energía mecánica.

    Avión

    Un avión en vuelo tiene una cantidad muy alta de energía cinética porque no solo tiene una gran masa, sino que también tiene una velocidad muy alta. Ambas cifras dan como resultado una mayor energía cinética del avión cuando está volando. Ésta es la razón por la que los aviones pueden volar alto.

    Lluvia de meteoritos

    Aunque este ejemplo no constituye un ejemplo del día a día de la energía cinética, es un fenómeno muy interesante que tiene lugar en el sistema solar. Siempre que un meteorito se acerca lo suficiente a la atmósfera terrestre, es atraído por la gravedad. Como resultado, comienza a caer libremente del cielo a gran velocidad. En ese momento, la energía cinética del meteorito es bastante alta debido a su enorme tamaño y peso.

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