Energía cinética

Si uno quiere acelerar un objeto, entonces necesita aplicarle fuerza y si la fuerza aplicada requiere hacer trabajo. Luego, después de que se ha realizado el trabajo, la energía debe transferirse al objeto que se mueve con una nueva velocidad. Esta energía transferida se conoce como energía cinética y depende de la masa y la velocidad del objeto.

La energía cinética puede transferirse entre objetos y transformarse en otra forma de energía. Por ejemplo, un objeto en movimiento puede chocar con un objeto estacionario. Después de la colisión, parte de la energía cinética inicial del objeto en movimiento podría haberse transferido al objeto estacionario o transformado en alguna otra forma de energía.

Energía

La capacidad para realizar un trabajo se define como Energía .

Su unidad es similar a la del trabajo, por lo tanto, la unidad SI de trabajo o energía es igual al Joule (J) .

Tipos de energía

La energía se clasifica básicamente en dos categorías principales que son:

(i) Energía cinética: El tipo de energía que está presente en un objeto debido a la propiedad de su estado.

por ejemplo , un esquiador alpino, un asteroide que cae, agua acumulada en un lago, etc.

(i) Energía potencial: El tipo de energía que está presente en un objeto debido a la propiedad de su movimiento.

por ejemplo , un yoyo antes de que se suelte, un automóvil estacionado, agua que fluye a través de un río, etc.

La energía cinética de un objeto se define como la energía que se genera debido al movimiento del objeto. La energía cinética de un objeto surge cuando se le permite acelerar, requiere la aplicación de algunas fuerzas sobre él que conducen al trabajo realizado. Por lo tanto, después de que se realiza el trabajo, la energía se transfiere a los objetos que conducen al movimiento del objeto a una velocidad constante. La energía que se transfiere se llama energía cinética que depende totalmente de la velocidad y la masa del objeto en movimiento.

Un objeto que se mueve en cierta dirección puede realizar un trabajo. Un objeto que se mueve más rápido puede hacer más trabajo que un objeto idéntico que se mueve con relativa lentitud. ¿Cuánta cantidad de energía posee un objeto en movimiento en virtud de su movimiento? Por definición, se puede decir que la energía cinética de un cuerpo que se mueve con cierta velocidad es igual al trabajo realizado sobre él para que adquiera esa velocidad.

Por ejemplo , una bala en movimiento, el viento que sopla, una piedra que se mueve a gran velocidad, una rueda giratoria pueden hacer trabajo.

Es algo para preguntarse, ¿Cómo atraviesa una bala el objetivo? ¿Cómo mueve el viento las aspas de un molino de viento?

Ejemplos de energía cinética

Los objetos en movimiento poseen energía. Esta energía se conoce simplemente como energía cinética. Un coco que cae, un avión que vuela, un automóvil a toda velocidad, agua que fluye, una piedra que rueda, viento que sopla, un atleta que corre, etc., es decir, cualquier objeto en movimiento posee energía cinética.

En resumen, la energía cinética es la energía que posee un objeto debido a su movimiento. La energía cinética de un objeto aumenta cuando aumenta la velocidad del objeto.

Fórmula para la energía cinética

Como la energía cinética de un objeto depende de su masa y velocidad, matemáticamente, la energía cinética se define como:

$\textbf{K.E.}\bf{=\dfrac{1}{2}mv^2}$

Aquí, m es la masa del objeto y

v es la rapidez o velocidad del objeto.

A esta expresión obtenida se le llama ecuación de energía cinética .

Unidad de Energía Cinética

Unidad SI:

La unidad SI de energía cinética es Joule (J) o kg.m ² .s ^-2 .

Unidad SGC:

Mientras que en el sistema de unidades CGS, la energía cinética se define en erg .

Dado que la masa ( m ) es una cantidad escalar y la velocidad ( v ) es una cantidad vectorial. Pero de la fórmula anterior se observa que la velocidad está al cuadrado, y se sabe que el cuadrado de cualquier cantidad vectorial da una cantidad escalar.

Por lo tanto, la energía cinética es una cantidad escalar .

Derivación de la ecuación de energía cinética

Considere un objeto que tiene masa m , velocidad inicial, u y velocidad final, v .

Supongamos que cuando se le aplica una fuerza constante, F , se desplaza una distancia s.

Ahora, el trabajo lo realiza el objeto que es responsable de cambiar su velocidad, el trabajo realizado es:

W = F × s ……(1)

Deje que su velocidad cambie de u a v y a es la aceleración producida.

Ahora, usando la ecuación de movimiento que relaciona u, v, s y a como:

v ² – tu ² = 2 como

Resolver la expresión anterior para s como:

$s=\dfrac{v^2-u^2}{2a}$

Pero se sabe que la fuerza neta que actúa sobre un objeto se define como:

F = mamá

Ahora, sustituya ma por F y \dfrac{v^2-u^2}{2a} por s en la ecuación (1) y resuelva para calcular W .

$\begin{aligned}W&=(ma)\left(\frac{v^2-u^2}{2a}\right)\\&=\dfrac{m(v^2-u^2)}{2}\end{aligned}$

Supongamos que el objeto parte de su posición inicial, es decir, u = 0, entonces:

$\begin{aligned}W&=\dfrac{m(v^2-(0)^2)}{2}\\&=\dfrac{1}{2}mv^2\end{aligned}$

Está claro que el trabajo realizado es siempre igual al cambio en la energía cinética de un objeto. Entonces, la energía cinética que posee un objeto de masa m y que se mueve con una velocidad uniforme v es

$\begin{aligned}\text{K.E.}=\dfrac{1}{2}mv^2\end{aligned}$

Tipos de energía cinética

Hay cinco tipos de energía cinética:

Energía radiante

La energía radiante es una forma de energía cinética, en la que siempre está en movimiento viajando a través de un medio o espacio.

p.ej:

Luz ultravioleta

Rayos gamma

Energía térmica

La energía térmica también puede ser conocida como energía térmica. Se genera debido al movimiento de los átomos cuando chocan entre sí.

p.ej:

Aguas termales

Piscina climatizada

Energia de sonido

La energía del sonido es la energía producida por la vibración de un objeto. Viaja a través del medio pero no puede viajar en el vacío o en el espacio, ya que no hay partículas que actúen como medio.

p.ej:

Diapasón

tocando tambores

Energía eléctrica

La energía eléctrica se puede obtener de los electrones libres que son de carga positiva y negativa.

p.ej:

Relámpago

Baterías cuando están en uso

Energía mecánica

La suma de la energía cinética y la energía potencial se llama energía mecánica. No se puede crear ni destruir, pero se puede convertir de una forma a otra.

p.ej:

Órbita de los satélites alrededor de la tierra

un coche en movimiento

Problemas de muestra

Problema 1: Un vehículo que tiene una masa de 150 kg se mueve con una velocidad uniforme de 4 m/s. ¿Cuál es la cantidad de energía cinética que posee el vehículo?

Solución:

Dado que,

La masa del vehículo, m = 150 kg,

La velocidad del vehículo, v = 4 m/s

La cinética del vehículo es,

$\begin{aligned}\text{K.E.}&=\dfrac{1}{2}mv^2\\&=\dfrac{1}{2}\times150\text{ kg}\times(4\text{ m/s})^2\\&=1200\text{ J}\end{aligned}$

Por tanto, la energía cinética del vehículo es igual a 1200 J.

Problema 2: Una pelota que tiene una masa de 2 kg se lanza hacia arriba con una velocidad de 10 m/s. ¿Cuál es la energía cinética almacenada en la pelota en el momento del lanzamiento?

Solución:

Dado que,

La masa de la pelota, m = 2 kg,

La velocidad de la pelota, v = 10 m/s.

La cinética de la pelota es,

$\begin{aligned}\text{K.E.}&=\dfrac{1}{2}mv^2\\&=\dfrac{1}{2}\times2\text{ kg}\times(10\text{ m/s})^2\\&=100\text{ J}\end{aligned}$

Por lo tanto, la energía cinética de la pelota es igual a 100 J.

Problema 3: Un asteroide se acerca a la tierra. Su velocidad es de 1000 km/s. Su energía cinética estimada es de casi 4 × 10 ¹⁵ J. Averigüe la masa del asteroide.

Solución:

Dado que,

La energía cinética del asteroide, KE = 4 × 10 ¹⁵ J,

La velocidad del asteroide, v = 1000 Km/s = 10 ⁶ m/s

Dado que, la cinética del asteroide se da como,

$\begin{aligned}\text{K.E.}&=\dfrac{1}{2}mv^2\\4\times10^{15}\text{ J}&=\dfrac{1}{2}\times m\times(10^6\text{ m/s})^2\\&m=8000\text{ kg}\end{aligned}$

Por lo tanto, la masa del asteroide es igual a 8000 kg.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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