¿Qué es la energía cinética?

¿Qué es la energía cinética?

Una colisión de las bolas de piscina es un ejemplo de la energía cinética se transfiere de un objeto a otro.

La energía cinética es la energía de la masa en movimiento. La energía cinética de un objeto es la energía que posee debido a su movimiento.

En la mecánica de Newton (clásico), que describe los objetos macroscópicos que se mueven a una pequeña fracción de la velocidad de la luz, la energía cinética ( E ) de un cuerpo masivo en movimiento se puede calcular como la mitad de su masa ( m veces) el cuadrado de su velocidad ( v ): E = ½mv 2 . Tenga en cuenta que la energía es un escalar cantidad, es decir, que no depende de la dirección, y siempre es positivo. Cuando se duplica la masa, se duplica la energía; sin embargo, cuando se duplica la velocidad, energía aumenta por un factor de cuatro.

Ponte a trabajar

Quizás la propiedad más importante de la energía cinética es su capacidad para hacer el trabajo . El trabajo se define como la fuerza que actúa sobre un objeto en la dirección del movimiento. El trabajo y la energía están tan estrechamente relacionados que sean intercambiables. Mientras que la energía de movimiento se expresa generalmente como E = ½ mv 2 , el trabajo ( W ) está más a menudo considerado como la fuerza ( F ) veces la distancia ( d ): W = Fd . Si queremos cambiar la energía cinética de un objeto masivo, tenemos que hacer el trabajo en él.

Por ejemplo, con el fin de levantar un objeto pesado, tenemos que hacer el trabajo para superar la fuerza de la gravedad y mover el objeto hacia arriba. Si el objeto es dos veces más pesado, se necesita el doble de trabajo para levantarla a la misma distancia. También tiene el doble de trabajo para levantar el mismo objeto dos veces más lejos. Del mismo modo, para deslizar un objeto pesado a través de un piso, hay que superar la fuerza de fricción entre el objeto y el suelo. El trabajo requerido es proporcional al peso del objeto y la distancia que se mueve. (Tenga en cuenta que si usted está llevando un piano en su parte posterior por un pasillo, usted no está realmente haciendo ningún trabajo real.)

Energía potencial

La energía cinética se puede almacenar. Por ejemplo, hay que trabajar para levantar un peso y lo coloca en un estante o para comprimir un resorte. ¿Qué ocurre con la energía, entonces? Sabemos que la energía se conserva, es decir, no puede crearse ni destruirse; que sólo se puede convertir de una forma a otra. En estos dos casos, la energía cinética se convierte en potencial de energía ya que si bien no está haciendo realmente el trabajo, que tiene el potencial para hacer el trabajo. Si soltar el objeto de la estantería o liberar el resorte, que la energía potencial se convierte de nuevo en energía cinética.

La energía cinética también puede ser transferido de un cuerpo a otro en una colisión, que puede ser elástico o inelástico . Un ejemplo de una colisión elástica sería una bola de billar de golpear a otra. Haciendo caso omiso de la fricción entre las bolas y la tabla o cualquier giro impartido a la bola de señal, idealmente la energía cinética total de las dos bolas después de la colisión es igual a la energía cinética de la bola de señal antes de la colisión.

Un ejemplo de una colisión inelástica podría ser un vagón de tren en movimiento chocar con un coche estacionaria similar y de acoplamiento a la misma. La energía total seguiría siendo el mismo, pero la masa del nuevo sistema se duplicó. El resultado sería los dos coches que continúan en la misma dirección a una velocidad inferior de manera que mv 2 2 = ½ mv 1 2 , donde m es la masa de un coche, v 1 es la velocidad de la primera coche, y v 2 es la velocidad de los coches acoplados después de la colisión. Dividiendo por m y tomando la raíz cuadrada de ambos lados conseguimos v 2 = √2 / 2 ∙ v 1 . (Tenga en cuenta que v 2 ≠ ½ v 1 ).

Además, la energía cinética se puede convertir en otras formas de energía y viceversa. Por ejemplo, la energía cinética puede ser convertida en energía eléctrica por un generador o en energía térmica por los frenos de un automóvil. Por el contrario, la energía eléctrica puede ser convertida de nuevo en energía cinética por un motor eléctrico, la energía térmica se puede convertir en energía cinética por una turbina de vapor, y la energía química se puede convertir en energía cinética por un motor de combustión interna.

Leyes del movimiento de Newton

Una pintura de Sir Isaac Newton por Sir Godfrey Kneller, que data de 1689.

tres leyes del movimiento de Sir Isaac Newton describen el movimiento de los cuerpos masivos y cómo interactúan.Mientras que las leyes de Newton puede parecer obvio para nosotros hoy en día, hace más de tres siglos fueron considerados como revolucionario.

Newton fue uno de los científicos más influyentes de todos los tiempos. Sus ideas se convirtieron en la base de la física moderna. Estudió la óptica, la astronomía y las matemáticas - que inventó el cálculo. (Matemático alemán Gottfried Leibniz también se le atribuye el desarrollo de forma independiente o menos al mismo tiempo.)

Newton es quizás mejor conocido por su trabajo en el estudio de la gravedad y el movimiento de los planetas. Alentados por el astrónomo Edmond Halley, Newton publicó sus leyes en 1687, en su obra fundamental “ Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ” ( Principios matemáticos de la filosofía natural ) en el que se formaliza la descripción de la forma masiva cuerpos se mueven bajo la influencia de fuerzas externas.

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En la formulación de sus tres leyes, Newton simplifica su tratamiento de cuerpos masivos por considerar que son puntos matemáticos sin cantidad o rotación. Esto le permitió ignorar factores tales como la fricción, la resistencia del aire, la temperatura, las propiedades del material, etc., y concentrarse en los fenómenos que se pueden describir únicamente en términos de masa, longitud y tiempo. En consecuencia, las tres leyes no se pueden utilizar para describir con precisión el comportamiento de grandes objetos rígidos o deformables; sin embargo, en muchos casos, proporcionan aproximaciones adecuadamente precisos.

Las leyes de Newton se refieren al movimiento de los cuerpos masivos en un sistema de referencia inercial , a veces llamado un sistema de referencia newtoniano , aunque el propio Newton nunca se describe un marco de dicha referencia. Un marco de referencia inercial se puede describir como un sistema de coordenadas 3-dimensional que es ya sea estacionario o en movimiento lineal uniforme., Es decir, no está acelerando o giratorio. Se encontró que el movimiento dentro de un marco de referencia inercial como podría ser descrita por 3 leyes simples.

La primera ley del movimiento afirma: “Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a menos que se actúe sobre él una fuerza externa.” Esto significa simplemente que las cosas no pueden iniciar, detener o cambiar de dirección todo por sí mismos. Se necesita algo de fuerza que actúa sobre ellos desde el exterior para provocar un cambio de este tipo. Esta propiedad de los cuerpos masivos de resistir los cambios en su estado de movimiento se llama a veces la inercia .

La segunda ley del movimiento describe lo que sucede a un cuerpo masivo cuando se recibe la acción de una fuerza externa. Se afirma: “La fuerza que actúa sobre un objeto es igual a la masa de que los tiempos de objeto su aceleración”. Esto está escrito en forma matemática como F = m a , donde F es la fuerza, m es la masa, y una es la aceleración. Las letras en negrita indican que la fuerza y la aceleración son vectoriales cantidades, lo que significa que tienen magnitud y dirección. La fuerza puede ser una sola fuerza, o puede ser la suma vectorial de más de una fuerza, que es la fuerza neta que después se combinan todas las fuerzas.

Cuando una fuerza constante actúa sobre un cuerpo masivo, que hace que se acelere, es decir, para cambiar su velocidad, a una velocidad constante. En el caso más simple, una fuerza aplicada a un objeto en reposo hace que se acelere en la dirección de la fuerza. Sin embargo, si el objeto ya está en movimiento, o si esta situación se ve desde un marco de referencia que se mueve, que el cuerpo podría parecer para acelerar, frenar o cambiar de dirección en función de la dirección de la fuerza y ​​de las instrucciones que el objeto y marco de referencia se están moviendo uno con relación a otro.

La tercera ley del movimiento afirma: “Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta.” Esta ley describe lo que sucede a un cuerpo cuando se ejerce una fuerza sobre otro cuerpo. Fuerzas siempre ocurren en pares, por lo que cuando un cuerpo empuja contra otro, el segundo cuerpo empuja hacia atrás tan duro. Por ejemplo, cuando se empuja un carro, el carro empuja hacia atrás contra usted; al tirar de una cuerda, la cuerda tira hacia atrás en contra de usted; cuando la gravedad que tira hacia abajo contra el suelo, el suelo empuja contra sus pies; y cuando un cohete se enciende el combustible detrás de ella, los gases de escape en expansión empuja el cohete haciendo que se acelere.

Si un objeto es mucho, mucho más masivo que el otro, sobre todo en el caso del primer objeto que se está anclado a la Tierra, prácticamente la totalidad de la aceleración se imparte al segundo objeto, y la aceleración del primer objeto puede ser ignorado con seguridad . Por ejemplo, si se va a lanzar una pelota hacia el oeste, usted no tiene que considerar que en realidad causó la rotación de la Tierra para acelerar ligeramente mientras el balón estaba en el aire. Sin embargo, si estuviera de pie en patines, y le tiró una bola de bolos hacia adelante, usted comenzará a moverse hacia atrás a una velocidad notable.

Las tres leyes han sido verificados por un sinnúmero de experimentos en los últimos tres siglos, y todavía están siendo ampliamente utilizado para el día de hoy para describir los tipos de objetos y velocidades que nos encontramos en la vida cotidiana. Forman la base de lo que ahora se conoce como la mecánica clásica , que es el estudio de los objetos masivos que son más grandes que las muy pequeñas escalas abordados por la mecánica cuántica y que se mueven más lento que las velocidades muy altas abordados por la mecánica relativista .

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