Energía cinética

Lección de física – nivel de primera clase S – parte «Leyes y modelos – Formas y principios de conservación de energía»

1. ¿Qué es la energía cinética?
2. Unidad y notación
3. Energías derivadas de la energía cinética.
4. Fórmula de energía cinética
5. Enlace entre masa y energía cinética.
6. Enlace entre velocidad y energía cinética.
7. Energía cinética y energía mecánica.
8. Conversión de energía cinética en energía térmica.
9. Conversión de energía cinética en energía potencial de gravedad.
10. Transferencias de energía cinética.

¿Qué es la energía cinética?

Definición

La energía cinética es la energía del movimiento.

Cualquier cuerpo que se mueve en un movimiento traslacional o rotacional, que oscila o que vibra tiene energía cinética.

Nota

Cualquier movimiento es relativo al marco de referencia elegido, por lo tanto, también es el caso de la energía cinética cuyo valor también depende del marco de referencia.

Unidad y notación

Una energía cinética se observa generalmente Ec.
Cuando se estudian varios sistemas, sus energías cinéticas se distinguen agregando un número de subíndice (Ec₁Ec₂Ec₃ etc.) o especificando el nombre del sistema entre paréntesis (Ec (sistema 1), Ec (sistema 2), etc.)

Cuando se compara el estudio de las energías cinéticas de un sistema al comienzo de su movimiento y al final, se observa la energía cinética inicial Ec_yo y la energía cinética final se observa Ec_f

Como todas las energías, la energía cinética se expresa en Joule (J).

Energías derivadas de la energía cinética.

• La energía térmica está vinculada a los movimientos agitadores de los componentes microscópicos de la materia, por lo que refleja la energía cinética de los átomos y las moléculas.
• La energía eólica es energía relacionada con el viento y, por lo tanto, refleja la energía cinética de todo el aire.
• La energía hidráulica explota el flujo de agua y corresponde en parte a su energía cinética.

Fórmula de energía cinética

Es posible expresar la energía cinética de un punto sólido o un sólido en traducción mediante la siguiente fórmula:

Ec = ½.m.v²

Donde:

• Ec está en julio (J)
• m es la masa del sólido en kilogramos (kg)
• v es la velocidad en metros por segundo (m / so m.s^-1)

Nota

Un sólido está en traslación si cada uno de sus puntos se mueve, en cada instante del movimiento, a la misma velocidad que los otros puntos del sólido. Un movimiento traslacional no es necesariamente recto, también puede ser curvilíneo o circular.

En el caso de que un sólido no esté en traducción, la energía cinética total del sistema incluye un término que es una energía cinética de rotación cuya expresión no está con el programa de la primera S.

Ejemplos

• Si un sólido de masa m = 2.00kg está en traslación a una velocidad v = 10.0 m / s, entonces su energía cinética es Ec = ½.2.10² o Ec = 100 J
• Si un sólido en traslación de masa m = 400 g tiene una velocidad v = 72 km / h, entonces la masa y la velocidad deben convertirse primero: m = 0.400 kg y v = 20 m / s. Deje Ec = ½.0,400.20², Ec = 80 J

Enlace entre masa y energía cinética.

La expresión de la energía cinética muestra que es proporcional a la masa del sistema, por lo tanto, para velocidades iguales:

• Un sistema con el doble de masa tiene el doble de energía cinética.
• Un sistema cuya velocidad es tres veces mayor a una energía cinética tres veces mayor.
• Un sistema con una masa diez veces mayor tiene una energía cinética diez veces mayor.

Enlace entre velocidad y energía cinética.

La fórmula Ec = ½mv² indica que la energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad, por lo que si la velocidad se multiplica por un factor dado (la masa que permanece constante), la energía cinética se multiplica por el cuadrado de este factor:

• Si la velocidad se multiplica por dos, entonces Ec se multiplica por 2² = 4
• Si la velocidad se multiplica por tres, entonces Ec se multiplica por 3² = 9
• Si la velocidad se multiplica por diez, entonces Ec se multiplica por 10² = 100
  Etc

Energía cinética y energía mecánica.

La energía cinética es uno de los componentes de la energía mecánica, esta última se define por la relación Em = Ec + Ep

Cuando un sistema solo está sujeto a las llamadas fuerzas conservadoras (que no disipan la energía del sistema al exterior), la energía mecánica se conserva y cualquier variación de uno de sus componentes se compensa con una variación del otro componente.

Por ejemplo:

• Si la energía potencial de la gravedad aumenta en 20 J, la energía cinética disminuye simultáneamente en 20 J
• Si Ep disminuye en 50 J, entonces la energía cinética aumenta simultáneamente en 50 J

La conservación de la energía mecánica puede explotarse para determinar la energía cinética de un sistema (y posiblemente su velocidad).

Conversión de energía cinética en energía térmica.

Durante un movimiento con fricción (un objeto que se desliza por el suelo, pastillas de freno que aprietan un disco de freno, un meteorito que ingresa a la atmósfera de la Tierra …), entonces parte de la energía cinética se convierte en un energía térmica que se transfiere a los cuerpos en contacto.

Conversión de energía cinética en energía potencial de gravedad.

Durante el movimiento de un sistema en el campo de gravedad terrestre, cualquier movimiento hacia arriba se acompaña de una conversión de energía cinética en energía potencial de gravedad, mientras que todo el movimiento hacia abajo se acompaña de una conversión inversa .

En ausencia de fricción durante el movimiento, esta conversión es total, de lo contrario es solo parcial.

Transferencias de energía cinética.

Cuando dos sistemas móviles (no deformables) entran en contacto (en colisión) hay una transferencia de energía de energía cinética entre los dos sistemas: la suma de las energías cinéticas de los dos sistemas antes de la colisión es igual a la suma de las energías cinéticas de Dos sistemas después de la colisión.

Si uno de los sistemas está inmóvil, la energía cinética inicial del sistema móvil se comparte (no necesariamente en proporciones iguales) entre los dos sistemas.

---

Nociones de segundos para revisar

• El concepto de energía no está incluido en el programa de segundo año, pero se discute en la universidad.

---

Otros cursos del tema “Visión de colores e imágenes – Leyes y modelos – Formas y principios de conservación de energía.«

• Energía
• Transformaciones energéticas