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Energía Cinética

Definición de la energía cinética (lo que hay que saber)

Este artículo cubre todo lo que necesitas saber sobre la energía cinética.

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energía cinética
Imagen por Pixabay

La mayoría de nosotros estamos familiarizados con el término energía cinética. Sin embargo, si no tiene una comprensión sólida, no es el único. A medida que el mundo que nos rodea cambia a una mentalidad de vida más sostenible, podemos encontrarnos preguntando: «¿Qué es la energía cinética? ¿Podemos aprovecharla para crear energía limpia?

Este artículo cubre todo lo que necesitas saber sobre la energía cinética. Desde su definición y características hasta ejemplos y cómo la utilizamos en la química, encontrarás la energía cinética explicada tanto en términos técnicos como simplificados. Sigue leyendo para obtener una comprensión básica de esta fascinante forma de energía.

¿Qué es la energía cinética y qué significa?

Para empezar, es necesario saber qué significa cinético. El diccionario Merriam-Webster define la palabra cinética como «de o relacionada con el movimiento de los cuerpos materiales y las fuerzas y energía asociadas a él».

Eso suena un poco complejo, así que vamos a resumirlo. El término cinético tiene su origen en la palabra griega kinesis y significa movimiento. Por tanto, la energía cinética es la energía del movimiento.

La energía cinética explicada en términos sencillos

Sólo hay dos formas primarias de energía. La energía cinética (KE) es una de ellas. Explicado con más detalle, es la Cualquier objeto (también conocido como masa) que se mueve se dice que tiene KE.

Para que algo tenga KE, algo debe realizar un trabajo sobre él. En este caso, el trabajo se considera una fuerza que actúa sobre un objeto en la misma dirección que el movimiento. La cantidad de trabajo necesaria depende de la masa del objeto y de la distancia que queramos que recorra.

Por ejemplo, piensa en empujar a tu hijo por una colina de trineo. En este caso, el trabajo consiste en empujar a tu hijo, que ahora baja en trineo por la colina. Esta relación entre el trabajo y la energía cinética se llama teorema trabajo-energía.

Este teorema está relacionado con la segunda ley de Newton, que establece que «la aceleración de un objeto está directamente relacionada con la fuerza neta y universalmente con su masa». Por tanto, la aceleración de un objeto, es decir, el aumento de su KE, está directamente relacionada con dos cosas: la fuerza (que le da velocidad) y la masa.

En pocas palabras, cuanta más masa y velocidad tenga un objeto, más energía cinética tendrá.

Llegados a este punto, probablemente te estés preguntando, ¿no hay dos formas de energía? Sí, las hay. La segunda se llama energía potencial.

Para recordarlo fácilmente, piensa que la energía cinética y la potencial son opuestas. Mientras que la energía cinética es la energía del movimiento, la energía potencial es la energía almacenada, lo que significa que tiene el potencial de movimiento pero que actualmente está en reposo.

Un buen ejemplo de energía cinética y potencial es un arco y una flecha. Cuando se tira hacia atrás, el arco tiene energía potencial. Cuando se suelta, la energía potencial se transfiere a la flecha, dándole energía cinética. Hoy nos centraremos en la energía del movimiento.

¿Cuáles son los cinco ejemplos de energía cinética?

Para responder mejor a la pregunta «¿Qué es la energía cinética?», veamos algunos ejemplos básicos de objetos con KE antes de continuar.

Un coche de montaña rusa en descenso
Un avión en vuelo
Un río que fluye
Una bicicleta en marcha
El viento
Estos ejemplos de objetos con KE deberían darte una referencia visual para simplificar el concepto. Un avión en vuelo tiene una gran velocidad y una gran masa, lo que le confiere una gran cantidad de KE. En cambio, un insecto en vuelo tiene una cantidad relativamente pequeña de KE debido a su menor velocidad y masa.

Dato curioso: en el billar, cuando una bola blanca choca con una bola inmóvil, se detiene por completo, transfiriendo todo su impulso y toda su KE. Esto se llama una colisión elástica. Una colisión inelástica sería cuando el momento total se conserva, pero hay una transformación de KE.

¿Cuáles son las características de la energía cinética?

El movimiento de un objeto, a veces denominado cuerpo, produce energía cinética. Ésta permite generar cambios relacionados con la velocidad. He aquí otras características principales de la energía cinética:

  • Aumenta o disminuye sólo cuando cambia la velocidad.
  • Es mayor en los objetos más pesados.
  • Puede transformarse en otros tipos de energía.
  • Se produce independientemente de la dirección de desplazamiento del objeto.
  • Se mide en julios (J).

Dato curioso: Lord Kelvin recibió el crédito por utilizar por primera vez el término energía cinética alrededor del año 1849, pero KE se remonta conceptualmente a los días de Aristóteles.

Un objeto mantendrá la misma cantidad de energía cinética hasta que se frene o se acelere.

La energía cinética aumenta con la velocidad. Por ejemplo, un coche que circula por la carretera tiene KE. Cuando se pone el control de crucero, la energía cinética del coche sigue siendo la misma. Cuando el vehículo acelera, se produce un aumento de la energía de un cuerpo, es decir, la energía cinética aumenta.

La energía cinética de un objeto es mayor cuando el objeto tiene una masa mayor.

Por ejemplo, si un coche y un camión circulan a la misma velocidad, el camión tendrá una energía cinética total porque tiene más masa que el coche.

¿Cuáles son los factores que afectan a la energía cinética?

La respuesta está en lo que hemos leído antes: la masa y la velocidad. Cuando la masa de un objeto se duplica, su energía cinética se duplica. Sin embargo, cuando la velocidad de un objeto se duplica, su energía cinética se cuadruplica.

Por el contrario, cuando un objeto en movimiento choca con otro, su energía cinética se transfiere. Esto hace que la regla de la energía cinética sea: = 1/2 m v2, donde m es la masa de un objeto y v es la velocidad o rapidez que lleva ese objeto.

Siempre que conozcamos la masa y la velocidad de un objeto en movimiento, podremos saber cuánta energía cinética tiene. Volveremos a tratar este tema más adelante para dar una explicación más detallada.

¿Puede la energía cinética transformarse en otras formas de energía?

Sí, la energía cinética puede transformarse en formas alternativas de energía, como el calor. La energía calorífica también se conoce como energía térmica. Cuando los átomos y las moléculas de una sustancia vibran más rápido debido a un aumento de la temperatura, obtenemos energía térmica. Más adelante hablaremos también de las formas alternativas de energía.

Dato curioso: Hervir una tetera con agua es un excelente ejemplo de energía cinética y térmica.

¿Cuáles son los tipos de energía cinética?

Sabemos que la energía cinética y la potencial son los tres tipos principales de energía. Si vamos un paso más allá, sabremos que existen tres tipos principales de energía cinética:

  • Traslación
  • Rotacional
  • Energía cinética vibracional

La energía cinética traslacional depende del movimiento a través del espacio

Un ejemplo de ello es una pelota que cae libremente desde un tejado. Como la pelota sigue cayendo en línea recta, tiene energía cinética traslacional.

La energía cinética es directamente proporcional a la masa del objeto (m) y al cuadrado de su velocidad (v). Así, la regla de la energía cinética traslacional de un cuerpo, como se ha mencionado anteriormente, es la mitad del producto de la masa del objeto (1/2 m) y el cuadrado de su velocidad (v2).

La ecuación de la energía cinética, escrita con precisión, dada por la mecánica newtoniana (clásica) es:

KE = 1/2mv2

Sin embargo, esta ecuación deja de ser válida cuando se trata de objetos que viajan a la velocidad de la luz. ¿Por qué? Porque cuando se trata de partículas de altísima velocidad, los valores se vuelven demasiado pequeños. En este caso, debemos utilizar las leyes de la relatividad.

La energía cinética relativista es el incremento de masa sobre la que tiene en reposo, multiplicado por el cuadrado de la velocidad de la luz.

La energía cinética rotacional depende del movimiento centrado en un eje

Utilizaremos la misma pelota de antes como ejemplo, pero esta vez, la pelota rueda por una rampa en lugar de caer libremente. Ahora tiene energía cinética de rotación.

En el caso de un objeto en rotación, la energía cinética dependerá de la velocidad angular del objeto en radianes por segundo y del momento de inercia del objeto. La velocidad angular es la velocidad de rotación. El momento de inercia es la facilidad para cambiar la rotación del objeto.

  • El momento de inercia (I) corresponde a la masa.
  • La velocidad angular (ω) corresponde a la velocidad de traslación.
  • La energía cinética de rotación equivale a la mitad del producto del momento de inercia (I = kg∙m2) por el cuadrado de la velocidad angular (ω = radianes/s).

¿Qué es la conservación de la energía cinética en física?

La ley de la conservación de la energía establece que ésta no puede crearse ni destruirse, sino que simplemente cambia de forma. Ahora bien, sabemos que algunas fuerzas externas, como la fricción y la gravedad, ralentizan un objeto con el paso del tiempo, lo que parece restarle energía. Sin embargo, esta energía que se cree perdida, en realidad reaparece en otra forma y, de hecho, siempre se conserva.

Cuando la fricción ralentiza un objeto, la KE se convierte en calor o energía térmica. En esta forma general, la conservación de la energía se relaciona con la primera ley de la termodinámica, donde la energía se transfiere de un lugar a otro y de un estado a otro.

Dato curioso: la termodinámica nació cuando los científicos trabajaban en la construcción y el funcionamiento de las máquinas de vapor en el siglo XIX.

¿Cuáles son las formas de energía cinética?

Conocemos los tipos de KE y cómo la utilizamos en la ciencia. Hagámoslo más cercano ahora hablando de las cinco formas diferentes de KE y de cómo la utilizamos en nuestra vida cotidiana, especialmente en casa. El acrónimo es MELTS:

  1. Energía mecánica
    La energía mecánica es la energía que podemos ver. Cuanto más rápido se mueva un objeto y más masa tenga, más energía mecánica tendrá y mayor capacidad de realizar trabajo. Un ejemplo es cuando una bola de bolos golpea un bolo. Pero más impactante, un molino de viento puede aprovechar la energía eólica, y una presa hidroeléctrica puede generar electricidad a partir de una fuente de agua que fluye.
  2. La energía eléctrica
    La energía eléctrica es más conocida como electricidad. Obtenemos electricidad cuando los electrones cargados negativamente fluyen por un circuito. El movimiento de estos electrones alimenta nuestros dispositivos cotidianos, como una lámpara de escritorio o un teléfono móvil enchufado a la pared.
  3. Energía luminosa (o energía radiante)
    La energía luminosa, una forma de radiación electromagnética, se refiere a la energía que viaja por partículas u ondas. Es la única forma de energía que es visible por el ojo humano. Un ejemplo obvio de energía radiante es el calor que obtenemos del sol. Otros ejemplos son las bombillas, la tostadora de tu cocina y los rayos X.
  4. La energía térmica
    Al igual que la energía radiante, podemos experimentar la energía térmica en forma de calor (sí, el calor es una medida de KE). Sin embargo, la energía térmica tiene que ver con el nivel de actividad de los átomos y las moléculas de un objeto. Cuanto más rápido se mueven, más chocan entre sí.

Algunos ejemplos de energía térmica son cocinar en el horno o hacer funcionar el motor del coche. Otro ejemplo lleva la energía térmica justo en su nombre: la energía geotérmica es un recurso renovable que utilizamos para generar electricidad para nuestros hogares.

  1. La energía del sonido
    La energía sonora se genera a través de las vibraciones. Un objeto crea ondas de movimiento a través de un medio, como el agua o el aire. Una vez que llega a nuestros tímpanos, éstos vibran, lo que hace que nuestro cerebro interprete la vibración como sonido. Todo, desde el más fuerte de los tambores hasta el más pequeño zumbido de una abeja, crea vibraciones que, a su vez, provocan un sonido.

¿Cuáles son los métodos para aprovechar la energía cinética? ¿A qué problemas nos enfrentamos?

El aprovechamiento de la energía cinética, o scavenging, acumula y almacena la energía desperdiciada para convertirla en energía eléctrica. Posteriormente, esta energía se utiliza para alimentar pequeños aparatos electrónicos.

Las fuentes de energía son renovables, como el sol, el viento, el agua y el calor geotérmico. Pero también se utilizan fuentes artificiales generadas por el ser humano, como el caminar, el movimiento de los vehículos y la vibración de los sistemas.

La captación de KE de estas fuentes ha demostrado ser un reto. Se necesitan estructuras físicas para captar la energía. También se necesita un transductor electromecánico para convertir la energía en electricidad. Ha sido un reto encontrar materiales adecuados que se adapten a las necesidades de las aplicaciones tanto a gran escala como a pequeña escala.

Los costes generales deben ser bajos y los dispositivos utilizados deben ser eficientes desde el punto de vista energético. Además, los dispositivos deben ser ligeros y portátiles. Los expertos creen que la respuesta a la mejora de la conversión KE pasa por encontrar nuevos materiales.

Hemos empezado bien con materiales fotovoltaicos de bajo coste que aprovechan la energía solar y con palas de turbina de bajo coste recientemente mejoradas para aprovechar el viento.

¿Qué es la energía cinética? ¡Ahora ya lo sabes!

Una vez explicada la energía cinética, ya sabes que la energía del movimiento forma parte habitual de nuestra vida cotidiana. Desde la energía térmica hasta la eléctrica, dependemos de la energía cinética para todo, incluso para llevar un estilo de vida sostenible.

Cuando eliges opciones de energía verde, el impacto positivo que produces en el mundo que te rodea es algo de lo que puedes sentirte bien para siempre. Además, descubrirás que el ahorro potencial tampoco es tan malo.

En Energias Digital hacemos todo lo posible para proporcionarle acceso a información y guías centradas en las energías renovables, estudios de casos, tendencias tecnológicas, mercados, empresas y mucho más.

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