Energía cinética
La energía cinética es la que posee un cuerpo por estar en movimiento y se calcula como la mitad de su masa por el cuadrado de su velocidad.
La energía cinética es la energía que posee un cuerpo por estar en movimiento. Depende de su masa y, sobre todo, del cuadrado de su velocidad: si duplicas la velocidad, la energía se multiplica por cuatro. Se mide en julios (J) y se calcula con la fórmula Ec = ½·m·v².
¿Qué es la energía cinética?
Un cuerpo en movimiento es capaz de producir cambios en otros: una bola de billar desplaza a otra, el agua de un río mueve una turbina, un coche deforma la chapa de otro en un choque. Esa capacidad de realizar trabajo debida al movimiento es la energía cinética.
El término procede del griego kinesis («movimiento»). Fue Gaspard-Gustave de Coriolis quien, en el siglo XIX, formuló la expresión con el factor ½, y William Thomson (lord Kelvin) popularizó el nombre «energía cinética».
Fórmula y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad (SI) |
|---|---|---|
| Energía cinética | Ec | julio (J) |
| Masa | m | kilogramo (kg) |
| Velocidad | v | metro por segundo (m/s) |
Un julio equivale a 1 kg·m²/s². La energía cinética es una magnitud escalar y nunca puede ser negativa, porque la velocidad aparece elevada al cuadrado. Su valor depende del sistema de referencia: un pasajero tiene energía cinética nula respecto al tren, pero no respecto al andén.
Teorema del trabajo y la energía
La variación de la energía cinética de un cuerpo es igual al trabajo neto de las fuerzas que actúan sobre él:
Si el trabajo neto es positivo, el cuerpo acelera; si es negativo (por ejemplo, por la fricción o los frenos), se frena. Este teorema se deduce directamente de la segunda ley de Newton y permite resolver muchos problemas sin calcular aceleraciones ni tiempos.
Tipos de energía cinética
- Traslacional: la del movimiento del centro de masas, ½·m·v².
- Rotacional: la de un cuerpo que gira, ½·I·ω², con I el momento de inercia y ω la velocidad angular.
- Vibracional: asociada a oscilaciones, como las de los átomos de una molécula.
En un sólido que rueda sin deslizar, como una rueda, se suman la traslacional y la rotacional.
Energía cinética y energía potencial
En ausencia de rozamiento, la energía mecánica total se conserva: lo que se pierde en energía potencial se gana en cinética, y viceversa. Una montaña rusa en la cima tiene máxima energía potencial y mínima cinética; en el punto más bajo ocurre lo contrario. Para una visión global, consulta el artículo sobre la energía.
Ejemplos y aplicaciones
- La energía del viento y del agua se aprovecha en aerogeneradores y turbinas hidráulicas.
- En seguridad vial, el riesgo crece con el cuadrado de la velocidad: a 120 km/h un coche tiene cuatro veces la energía cinética que a 60 km/h.
- Los frenos regenerativos de los vehículos eléctricos recuperan parte de la energía cinética como electricidad.
- Los volantes de inercia almacenan energía en forma de rotación.
- En deporte: el lanzamiento de una jabalina o el golpe de un bate transfieren energía cinética a la pelota.
Ejercicios resueltos
1. Una pelota de 0,5 kg se mueve a 10 m/s. ¿Cuál es su energía cinética?
Ec = ½·0,5·10² = ½·0,5·100 = 25 J.
2. Un coche de 1000 kg viaja a 72 km/h. Calcula su energía cinética.
72 km/h = 20 m/s. Ec = ½·1000·20² = ½·1000·400 = 200 000 J = 200 kJ.
3. ¿Qué trabajo hay que realizar para llevar un carrito de 20 kg desde el reposo hasta 3 m/s?
W = ΔEc = ½·20·3² − 0 = 10·9 = 90 J.
4. Si la velocidad de un cuerpo se triplica, ¿cuántas veces aumenta su energía cinética?
Ec es proporcional a v². Al triplicar v, el factor es 3² = 9 veces mayor.
¿De qué depende la energía cinética?
De la masa del cuerpo y del cuadrado de su velocidad. Es proporcional a la masa y al cuadrado de la rapidez.
¿Puede ser negativa la energía cinética?
No. Como la masa es positiva y la velocidad está al cuadrado, la energía cinética es siempre cero o positiva.
¿En qué unidades se mide?
En julios (J) en el Sistema Internacional. 1 J = 1 kg·m²/s².
¿Qué diferencia hay entre energía cinética y potencial?
La cinética depende del movimiento del cuerpo; la potencial, de su posición o configuración, por ejemplo la altura sobre el suelo.
¿Por qué importa tanto la velocidad en un accidente?
Porque la energía que hay que disipar en el choque crece con v². Duplicar la velocidad cuadruplica la energía y, con ella, los daños.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Energía cinética». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-cinetica/
