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Energía Cinética

Explicación de la energía potencial y cinética

Continúa leyendo para conocer estas dos formas de energía con más detalle y explorar la relación entre ellas.

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Explicación de la energía potencial y cinética
Imagen por Pixabay

La energía es un concepto fascinante. No puede crearse ni destruirse, pero puede alterarse. Siempre que se utiliza o almacena energía, se trata de energía potencial o cinética.

¿Qué es la energía potencial y cinética y en qué se diferencian?

Se necesita energía para realizar cualquier trabajo, por lo que la capacidad de realizar cualquier trabajo es energía.

Vuelve a leerlo.

La energía potencial y la cinética son dos formas de energía que pueden convertirse la una en la otra. La energía potencial puede convertirse en energía cinética y viceversa.

La energía potencial es la energía almacenada en cualquier objeto o sistema en virtud de su posición o disposición de las partes. Sin embargo, no se ve afectada por el entorno exterior al objeto o sistema, como el aire o la altura.

Por otro lado, la energía cinética es la energía de las partículas de un objeto o sistema en movimiento. A diferencia de la energía potencial, la energía cinética de un objeto es relativa a otros objetos inmóviles y en movimiento presentes en su entorno inmediato. Por ejemplo, la energía cinética del objeto será mayor si el objeto está situado a mayor altura.

La energía potencial no es transferible y depende de la altura o la distancia y la masa del objeto. La energía cinética puede transferirse de un objeto en movimiento a otro (vibración y rotación) y depende de la velocidad del objeto y de su masa.

Vamos a explicar la E.P. y la E.K. con la ayuda de un ejemplo.

Imagina que tienes un martillo en la mano. Cuando levantes el martillo hacia arriba, tendrá energía potencial. Pero cuando dejas caer el martillo hacia abajo para golpear la superficie de una mesa, tendrá energía cinética.

Hay tres cosas interesantes que debes tener en cuenta aquí.

En primer lugar, el martillo levantado tiene más energía potencial, ya que tiene la posibilidad de subir o bajar. En segundo lugar, cuando golpeas el martillo sobre la mesa, la energía potencial almacenada se convierte en energía cinética a medida que el martillo va cayendo. (Es el martillo que cae el que tiene energía cinética). Tercero, en cuanto el martillo golpea la mesa, la energía cambia. El martillo inmóvil tiene entonces energía almacenada en forma de energía potencial.

Como demuestra este ejemplo, la energía no se destruye ni se pierde durante todo el proceso, sólo se altera de una forma a otra, lo que demuestra la ley de conservación de la energía.

¿Cuál es la relación entre la energía potencial y la cinética?

Ya sabes que la energía potencial es relativa a la posición y la energía cinética es relativa al movimiento.

La relación principal entre ambas es su capacidad de transformarse la una en la otra. En otras palabras, la energía potencial se transforma en energía cinética, y la energía cinética se convierte en energía potencial, y viceversa. Es un ciclo interminable.

Utilicemos otro ejemplo: Imagina que hay un libro sobre una mesa.

Cuando el libro está en reposo, tiene energía potencial. Pero cuando lo tiras accidentalmente de la mesa, esta energía potencial se convierte en energía cinética mientras el libro cae, ya que está en movimiento. Sin embargo, en cuanto el libro caiga al suelo, esta energía de movimiento volverá a convertirse en energía potencial.

¿Cuáles son los ejemplos de energía potencial?

Hay tres tipos principales de energía potencial: la energía potencial elástica, la energía potencial gravitatoria y la energía potencial química.

La energía potencial elástica se almacena en objetos que pueden estirarse o comprimirse. Cuanto más se estire o comprima el objeto, más energía potencial elástica tendrá. Un ejemplo clásico es una goma elástica estirada. Aunque ya tiene más energía potencial, cuanto más se estire, mayor será la energía potencial elástica.

También debes saber que la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica pueden diferenciarse aún más en función de la energía mecánica.

Por ejemplo, un coche aparcado en la cima de una colina es un ejemplo de energía potencial mecánica gravitatoria, ya que el automóvil tiene el potencial de bajar la colina. Lo mismo ocurre con una montaña rusa que se detiene en el punto más alto de los raíles.

Por otro lado, cuando un arquero tira de un arco antes de apuntar, la cuerda tirada tiene más energía potencial mecánica elástica que se libera una vez que la flecha está fuera del arco.

Más adelante hablaremos con más detalle de la energía potencial gravitatoria y de la energía potencial química.

Variaciones específicas:

Ahora que hemos revisado los aspectos básicos, es hora de centrarnos en los específicos. A continuación, explicaremos algunas de las formas de energía más comunes para mostrar por qué tienen energía potencial o cinética.

¿Qué es la energía potencial de un electrón?

Todo en el universo está formado por átomos. Estos átomos están compuestos por protones, neutrones y electrones, que les confieren la capacidad de transferir energía cinética.

Cada átomo tiene un núcleo alrededor del cual orbitan los electrones. Como estos electrones están siempre en movimiento, tienen energía cinética. Pero las cosas cambian, aunque temporalmente, cuando se aplica presión o energía al átomo.

Verás, la energía cinética de los electrones aumenta cuando se aplica presión, lo que hace que se muevan más deprisa y, en última instancia, los hace saltar a una órbita más amplia. Después de esto, cada electrón tendrá energía almacenada que se convertirá en su energía potencial.

Como toda esta disposición es temporal, el electrón liberará esta energía potencial, convirtiéndola en energía cinética mientras vuelve a su órbita anteriormente más pequeña. Por eso también la energía total de un electrón es la suma de su energía potencial y su energía cinética.

¿Una pila es energía cinética o potencial?

Una pila es una forma de energía potencial. Para explicar esto, tendremos que ponernos un poco técnicos.

La pila almacena energía potencial eléctrica cuando los electrones se mueven del cátodo al ánodo. Así es como se carga la batería.

Cuando los electrones se mueven en otra dirección, convierten esta energía potencial química en electricidad en el circuito, descargando así la batería. Por lo tanto, la batería es todo energía potencial.

¿La energía eléctrica es potencial o cinética?

La energía eléctrica puede ser potencial o cinética, ya que se crea a partir de un flujo de carga eléctrica.

Siguiendo con el ejemplo de una batería, sabemos que tiene energía potencial eléctrica mientras se carga. Pero una vez que se aplica una fuerza a la batería, las partículas cargadas comienzan a realizar un trabajo, convirtiendo la energía potencial en energía cinética.

Del mismo modo, cuando se enciende una luz, la energía potencial viaja por el cableado y se convierte en luz y calor, que son dos formas de energía cinética.

¿La energía sónica es potencial o cinética?

Al igual que la energía eléctrica, la energía del sonido puede ser un tipo de energía potencial y cinética. Pero antes de entrar en detalles, entendamos qué es la energía sonora.

La energía sonora se refiere a la energía liberada por los objetos que vibran. El sonido, sin embargo, es una onda que viaja a través de un medio, como el aire, que le permite almacenar energía cinética y energía potencial.

Por ejemplo, cuando se toca la batería, ésta vibra como resultado de la emisión de ondas sonoras. Estas ondas oscilan y se desplazan, creando energía cinética. Pero cuando los tambores no se tocan, tienen más energía potencial, ya que el equipo no está en movimiento y tiene el potencial de emitir un sonido.

¿La energía térmica es potencial o cinética?

La energía térmica es sólo una palabra elegante para referirse a la energía calórica. Es una forma de energía potencial y cinética.

Si recuerdas, los electrones de un átomo tienen energía potencial. Cuando se aplica presión a los electrones, éstos empiezan a moverse rápidamente, chocando entre sí, y liberando energía térmica en forma de calor.

Piensa un poco en el agua hirviendo. El agua, cuando se pone al fuego, tiene energía potencial. Pero una vez que empieza a calentarse, las moléculas de agua empiezan a moverse más rápido, creando energía cinética.

La energía potencial térmica es la energía potencial a nivel atómico y molecular cuando las partículas muestran el potencial de convertirse en energía cinética. Por otro lado, la energía cinética térmica es cuando los átomos y las moléculas comienzan a moverse debido al calor y la temperatura.

¿La energía generada por la radiación es potencial o cinética?

La energía radioeléctrica es una forma de energía cinética que se crea cuando las ondas electromagnéticas viajan por el espacio. Quizá te sorprenda saber que el sol es una de las mayores fuentes de energía radiante de nuestro planeta.

¿Recuerdas esa sensación de calor que tienes al salir del sol? Es la energía radiante del sol que toca nuestra piel. Más concretamente, las ondas electromagnéticas hacen que las moléculas de nuestra piel se muevan más rápido, lo que, a su vez, crea energía cinética.

Variaciones de la energía potencial

Existen seis tipos de energía potencial: energía mecánica, energía eléctrica, energía química, energía radiante, energía nuclear y energía térmica.

Sin embargo, aquí nos centramos principalmente en la energía potencial química y en la energía potencial gravitatoria.

¿Qué es la energía potencial química?

La energía potencial química son los enlaces químicos almacenados de una sustancia. Cuando se carga una batería, ésta acaba almacenando la energía potencial química, que posteriormente se convierte en energía eléctrica.

Definir la energía potencial gravitatoria

El campo gravitatorio de la Tierra es el responsable de la energía potencial gravitatoria. La British Broadcasting Corporation describe esta forma de energía potencial como la energía que tiene un objeto en virtud de su posición sobre la superficie de la Tierra.

Habrás notado que cuando una persona se sumerge, siempre aterriza con más fuerza al hacer un chapoteo en la piscina.

Entre la gravedad terrestre

La fuerza de la gravedad utiliza el peso del buceador para producir energía cinética (el movimiento de inmersión) que hace que el buceador chapotee en la piscina. Así, cuando el buceador se sitúa en lo alto del trampolín, es su energía potencial gravitatoria la que se convierte en energía cinética cuando salta del trampolín.

La ciencia

Una vez que hemos dejado de lado los detalles y las variaciones, vamos a examinar la energía más a fondo, considerando cómo se describe la energía potencial en otras formas de estudio.

¿Qué es la energía potencial en física?

En física, la energía potencial es la energía almacenada en un objeto debido a su posición con respecto a alguna posición cero, que es una posición asignada arbitrariamente como el suelo[18] Se adhiere a varias leyes relacionadas con la física, como la ley de conservación de la energía y la primera ley de la termodinámica, que establecen que la energía siempre se conserva y no puede crearse ni destruirse.

¿Qué es la energía potencial en química?

La energía potencial química es la energía almacenada en los enlaces químicos de una sustancia y se descompone a través de diferentes reacciones químicas. La nueva energía química generada se utiliza de diferentes maneras, también conocidas como trabajo.

El trabajo es energía en movimiento. Por lo tanto, la energía potencial química se mantiene fiel a la ley básica: la energía potencial se convierte en energía cinética y nunca se crea ni se destruye.

¿Qué es la energía cinética y la fórmula de la energía potencial?

Tanto la energía potencial como la energía cinética se miden en julios (J), que reciben el nombre del matemático inglés James Prescott Joule. Pero tienen fórmulas diferentes en función de sus distintos atributos.

La energía potencial depende de la fuerza que actúa sobre los dos objetos, por lo que su fórmula es:

Energía potencial = mgh

  • m: es la masa medida en kilogramos
  • g: es la aceleración debida a la gravedad
  • h: es la altura en metros

La energía cinética es directamente proporcional a la masa de un objeto y al cuadrado de su velocidad. Poniéndolo en una fórmula obtenemos

Energía cinética = 1/2 m v²

  • m: es la masa medida en kilogramos
  • v: es la velocidad en metros por segundo

La energía potencial y cinética son indispensables

La energía potencial y la energía cinética son una parte indispensable de nuestra vida cotidiana. Desde cosas sencillas como cepillarse los dientes hasta simplemente estar de pie, todo lo que hacemos implica ambas formas de energía.

Hay varias formas de energía, desde la térmica hasta la sonora, pasando por la eléctrica. Pero si hay algo que todas ellas tienen en común es que se pueden clasificar en energía potencial o energía cinética, y a veces en ambas.

La energía cinética y la energía potencial desempeñan un papel crucial para que nuestra tierra sea más verde, ya que ayudan a crear fuentes de energía renovables como la energía eólica. En resumen, nunca dejaremos de manejar estas formas de energía, sobre todo porque la energía no se pierde nunca, sólo cambia de forma.

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