¿Qué es la energía cinética? - Aprende todo sobre la energía del movimiento

La energía cinética es un concepto de la física que permite explicar la energía que experimenta un cuerpo durante su movimiento. En otras palabras, es la cantidad de trabajo que se debe aplicar para que un cuerpo manifieste una aceleración. Esta definición es sumamente importante en la actualidad para el desarrollo de las tecnologías sustentables y limpias, puesto que permite generar energía eléctrica y calórica a partir del movimiento de una partícula. Por lo que, si quieres saber más sobre qué es, cómo funciona, los tipos y más. Aquí te mostramos.

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Concepto y significado de energía cinética

El término de energía cinética tiene su origen en el siglo XIX. Donde se definió de esta forma a la parte de la física que se encarga de estudiar la energía que surge de las partículas, o de un sistema completo, mientras que está experimentando un movimiento.

En otras palabras, es la cantidad de trabajo que realizan todas las fuerzas que actúan sobre una partícula desde que estaba en reposo hasta que alcance una determinada velocidad. Según la ley de la inercia, una vez obtiene la energía suficiente a través de la aceleración, el cuerpo mantendrá la energía cinética hasta que sufra un cambio de velocidad.

Pero, para que la partícula se detenga u obtenga nuevamente su estado de reposo, el trabajo deberá ser negativo y tener la misma magnitud que la energía. Para que, de esta manera, se anulen entre sí.

La energía cinética tiende a ser representada por el símbolo K. Aunque en algunos libros se encuentra abreviada por la T. No obstante, en diversos casos, mientras que se estudia la energía mecánica de un sistema, puede llegar a ser representada como Ec.

Las primeras personas que desarrollaron este concepto fueron los matemáticos Gottfried Leibneiz y Daniel Bernoulli. Quienes la describieron como la fuerza viva o vis viva. Sin embargo, fue Gaspard Coriolis en 1829 quien publicó su artículo donde postuló la parte de la matemática de la energía cinética.

¿Cuáles son las propiedades y características de la energía cinética?

La energía cinética, como parte de todo movimiento, siempre tendrá un conjunto de propiedades que le caracterizan. Entre ellas, encontramos las siguientes:

• Es siempre positiva, puesto que la masa en este caso no puede ser negativa y la velocidad, al estar al cuadrado, no dará un resultado negativo jamás.
• Es una magnitud escalar, ya que supone que las magnitudes que le componen, que es la masa y el trabajo o la velocidad, son escalares. Por esta razón, es que depende del módulo de la velocidad, ya que la energía cinética no se ve afectada por el cambio del sentido o de la dirección.
• Dependiendo de cómo sea su trayectoria, la energía cinética puede ser de traslación o de rotación.
• A partir de este concepto surge el principio de la inercia, el cual menciona que, si el trabajo exterior de un cuerpo es nulo, la energía cinética del mismo no variará.
• Si se suma la energía cinética con la potencial dará como resultado la energía mecánica.

Ahora bien, las características de la energía cinética son:

• Se puede trasferir de un cuerpo a otro, ya que el movimiento se induce a través de las fuerzas que en este aplican.
• Es una de las tantas manifestaciones de la energía.
• Para que ocurra un movimiento, es necesario que actúe al menos una fuerza.
• Para que se anule el movimiento, el trabajo que se ejerza sobre el cuerpo debe tener la misma magnitud que la energía física, pero con un sentido contrario.
• Se puede transformar en otras energías, como la calórica.

¿Qué combustible es la energía cinética?

Algunos de los combustibles que pertenecen a las fuentes de energía renovable suelen usar los principios de la energía cinética para generar otras energías. Por ejemplo, la energía eólica aplica este concepto. Por el hecho de que, al convertir la energía cinética la transforma en energía eléctrica. Para ello, el viento deberá mover las aspas de los molinos de forma constante para así provocar el cambio de energías.

¿Qué tipo de reacción es la energía cinética?

La energía cinética forma parte de todas las reacciones químicas. Por lo tanto, en esta área se han podido desarrollar varias subcategorías que permiten su estudio. La primera, surge del campo experimental donde se evalúa de manera empírica cómo afecta la cinética a una reacción química. 

Ello es debido a que, se toma a la cinética como la parte de la química que se encarga de estudiar la velocidad de las reacciones químicas.  Gracias a esta rama, se puede calcular y observar cómo cambia la rapidez de la reacción química dependiendo de las condiciones en que se encuentren o la incorporación de otras variables. Como, por ejemplo, la alteración de la temperatura, un cambio en el pH, la exposición al aire, etc.

Por otro lado, la teoría cinética es una parte de la física y química que da a conocer como son las propiedades macroscópicas de los gases a través de la ley de los gases ideales. Para ello, hace uso de una descripción estadística de todos los procesos que ocurren a nivel molecular y microscópico.

Para ello, se debe considerar que los sistemas tienen una amplia cantidad de átomos o moléculas que, para comprender sus propiedades terminas, se debe buscar las cantidades dinámicas del promedio. Luego, se tendrá relacionar la propiedad física con las dinámicas y cinéticas para así dar con el comportamiento del gas.

Esta teoría se desarrolló en el siglo XVIII por Daniel Bernoulli. Luego, la continuaron los físicos Ledwing E. Boltzmann y James Marxwell a finales del siglo XIX. A partir de estos estudios, concluyeron que la presión de un gas depende de la energía cinética molecular y que su temperatura es proporcional a la energía promedio.

De acuerdo con esto, la manera de relacionar un gas ideal con la temperatura absoluta del mismo gas y su energía cinética es a través de la siguiente fórmula:

• T = (m/3Kb) * v^2.

Donde 'Kb' significa la constante de Boltzmann, 'v' es la velocidad que llevan las partículas y 'm' es la masa de cada una de las moléculas de un gas ideal.

¿Cómo funciona la energía cinética?

Esta funciona de manera tal que, el trabajo realizado por una fuerza resultante, se encuentra actuando sobre un cuerpo que se desplaza de una distancia a otra. Será igual a la variación de la energía cinética entre ambos puntos. En otras palabras, que siempre que una partícula esté en movimiento, será porque la misma tiene energía cinética.

Debido a ello, cuanto más sea el tiempo en el que actúe una fuerza, la velocidad que pueda alcanzar el cuerpo en movimiento será mayor. Por lo que, al mismo tiempo, aumentará la energía cinética. Por ejemplo, esto se puede observar de manera sencilla en la vida cotidiana, puesto que, si empujamos una pelota, esta se moverá. Mientras que mayor sea la fuerza aplicada durante el empuje, tendrá un mejor alcance.

Pero, existe otro detalle que permite que la energía cinética aumente, que es la masa. Esta es fundamental para comprender el concepto de la energía cinética. Por el hecho de que, mientras más sea la masa, mayor energía expulsará el cuerpo. Razón por la cual, si estamos deslizando una pelota maciza, está tendrá más cinética que una del mismo tamaño pero que sea hueca.

¿Cuáles son los tipos de energía cinética?

Dependiendo de cómo sea la trayectoria del movimiento, encontramos dos tipos de energía cinética: la traslacional y la rotacional. Ambas, se diferencian entre sí debido a que su centro de masa y velocidad pueden variar si su desplazamiento es circular o lineal.

Energía cinética traslacional

La energía cinética traslacional en física es aquella que se presenta de manera proporcional a la masa y siempre está al cuadrado de la magnitud de la velocidad. Esto se debe a que la partícula que debe estudiar mantiene una trayectoria completamente lineal, es decir, que todas sus partes van a seguir una misma dirección.

Por ejemplo, si tenemos un objeto suspendido a una altura muy elevada para después dejarlo caer. De esta manera, no solo va a sufrir un movimiento de caída libre. Si no que, al mismo tiempo se verá influenciado de forma directa por la energía potencial gravitatoria. Esta se transformará en la energía cinética traslacional inmediatamente. Esto ocurrirá siempre y cuando el objeto no se vea afectado por algún otro movimiento, manteniendo la misma dirección.

Energía cinética rotacional

La energía cinética rotacional es la que experimenta un cuerpo rígido mientras que gira en torno a un eje fijo. Este tipo de movimiento se presenta cuando la energía depende netamente de la inercia y de la velocidad angular que tiene la partícula. Por lo tanto, mientras que más lejos se encuentre la masa de la partícula en relación con el eje de rotación. Se va a necesitar más energía para que el cuerpo pueda obtener una velocidad angular.

Este principio de la física se puede ver en grandes objetos, como las turbinas, ruedas, ejes, hélices, generadores y motores.

¿Cuál es la fórmula de la energía cinética?

La fórmula general de la energía cinética es:

• K = ½ * m * v^2

Donde ‘m’ es el total de la masa de la partícula y ‘v’ es la velocidad que la misma mantiene por un determinado momento.

Pero ¿Cómo surge esta fórmula? Al conocerse que la energía cinética se encuentra relacionada de manera directa con el trabajo realizado (W) por una fuerza (F). Al tratar de hallar el trabajo, podremos observar dicha relación. Puesto que, si tomamos la fórmula del trabajo:

• W = m * a * d.

Sabiendo que ‘m’ es la masa del cuerpo, ‘a’ es la aceleración y ‘d’ es la distancia que recorre el móvil en toda su trayectoria. Pero, en esta clase de problemáticas se tiende trabajar con los componentes de la velocidad. Por lo que la fórmula tiende a variar de la siguiente manera:

• W = ½ * m * velocidad final^2 - ½ * m * velocidad incial^2

Podemos observar que es aquí donde se da el origen de la definición de la energía cinética. Puesto que, se dice que cuando se realiza una determinada cantidad de trabajo sobre un cuerpo, la energía cinética cambia. Por el hecho de que al efectuar la multiplicación de ½ * m * v^2, el resultado varía si alguna de sus incógnitas es diferente.

Ejemplos del uso de la energía cinética

• Uno de los ejemplos más comunes que se dan para comprender el concepto de energía cinética es el hecho de caminar. Mientras que nos trasladamos de un lugar a otro, estamos bajo un movimiento influenciado por la energía cinética.
• Del mismo modo, el disparo de una flecha es otro, cuya trayectoria se ve definida por la fuerza y el trabajo que se le aplique a la misma antes de salir del arco. Si la fuerza no es suficiente, la flecha no podrá llegar a la diana.
• La energía eólica es un claro representante de este tipo de energía, ya que la fuerza del viento permite mover la rotación del aerogenerador. Provocando así, una transformación de energía. La cual da como resultado, la electricidad que es parte de las tecnologías limpias.
• Del mismo modo, el movimiento de rotación del planeta Tierra y el de traslación surge gracias a la energía cinética.