Energía Cinética: Concepto, Fórmulas, Uso y Ejemplos 👨‍🎓

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¿Qué es la energía cinética?

La energía cinética es la energía en movimiento, pues cada elemento que se mueve tiene energía cinética.

Ha sido definida como el esfuerzo que se necesita para acelerar a un cuerpo con una masa determinada, haciéndolo pasar del estado de reposo a un estado en movimiento.

O sea, es la energía que posee un objeto cuando está en movimiento y su velocidad es constante.

Por ejemplo:
energía cinéticaAlgunos ejemplos de energía cinética en la vida cotidiana son el movimiento de la montaña rusa, una pelota o un automóvil.

El ejemplo de la montaña rusa ilustra bastante acerca de este tipo de energía, pues cuando los vagones están en la cima, la energía cinética se mantiene en cero (energía potencial) porque los vagones están en reposo.

Pero a medida que bajan, atraídos por la gravedad, conforme aumente la velocidad; la energía cinética irá aumentando gradualmente, y mientras más pasajeros haya, mayor será el coeficiente de energía cinética, siempre y cuando los vagones se mantengan en movimiento.

El mismo ejemplo se puede poner en el caso de un automóvil que cuando está detenido está en cero, pero cuando avanza, mientras más velocidad adquiera, más energía cinética habrá también.

¿Qué ventajas tiene la energía cinética?

Las ventajas que le atribuyen los expertos son las siguientes:
  • Es una fuente de energía abundante. Cada elemento que tiene movimiento tiene energía cinética, y por eso es una de las fuentes de energía más abundantes en el mundo.
  • Cualquier fuerza, sin importar cuán grande o pequeña sea, crea energía cinética; por ejemplo, la fuerza de gravedad es suficiente para impulsar una rueda por una colina para crear energía cinética.
  • Es un tipo de energía limpia y lo más importante es que es renovable.
  • No necesita tanto para ser instalada, o sea, es fácil su instalación.

¿Qué desventajas tiene?

Por otro lado, dentro de las desventajas encontramos:
  • La fricción es un aspecto negativo importante de la energía cinética, porque es la fuerza de la naturaleza opuesta al movimiento, es decir, la frena. Una rueda en movimiento al hacer fricción con la acera se detiene.
  • La energía cinética puede ser difícil de controlar, por lo que es impredecible; si no hay control, o si no hay un cálculo exacto y el objeto no se detiene, puede haber daños al equipo o lesiones a las personas.
  • No está apta para usarse como única fuente de energía.
  • No se puede medir la capacidad que tiene de generación.
  • Son muy caros su instalación y mantenimiento.

¿Cómo se produce la energía del movimiento?

  1. La energía cinética se produce por los cuerpos en movimiento; así, cuando un cuerpo está estacionado no tendrá energía cinética, sino cuando se pone en movimiento.
  2. Una vez conseguida esa energía, el cuerpo mantiene su energía cinética, salvo que cambie su velocidad.
  3. Luego, para que el cuerpo regrese a su estado de reposo, es necesario un trabajo negativo de la misma magnitud de su energía cinética.

energía cinética qué es

¿En qué unidades se mide la energía cinética?

Como la energía cinética es la masa asociada a los cuerpos en movimiento, su medición depende de la masa y de la velocidad del cuerpo.
Por ejemplo:
En el caso del viento al mover las aspas de un molino (energía eólica), la energía cinética (Ec) se mide en julios (j), la masa (m) se mide en kilogramos (kg) y la velocidad (v) en metros/segundo.

En cuanto al cálculo de la energía cinética:

Si hay un ciclista que pesa 70 kg y va a una velocidad constante de 40 kilómetros por hora ¿qué valor de energía cinética es el que tiene?
 Fórmula de la energía cinética: Ec= mv2/2 
  • Ec = energía cinética en Julios (J)
  • m = masa en kg
  • v2 = velocidad al cuadrado en m2 o s2

Si se quiere aplicar esta fórmula, debemos  pensar que el peso no es la masa. 

Cara a la obtención de la masa,  debemos dividir el peso del cuerpo por la gravedad del planeta tierra que suele ser de 9’8, aunque es un número que puede variar dependiendo del lugar del mundo y de la distancia al centro de la tierra.

Después de hacerlo, hay que unificar las unidades; puesto que la gravedad se  mide en metros, debemos transformar los kilómetros  por hora en metros por segundo, dándonos 19,44 m/s.

Si se hace el cálculo, el resultado que se obtiene es que el ciclista en cuestión tiene una energía cinética que es producto del peso y la velocidad en la que se mueve de e 1349,7 J.

¿Cómo se transforma la energía cinética?

La energía cinética se transforma en otros tipos de energía o a otros tipos de energía, porque la energía que se libera de los cuerpos en movimiento se puede utilizar para generar electricidad o calor.

Por ejemplo:
En el caso de una bicicleta el paso de la energía cinética a energía eléctrica se logra a través del dinamo de la bicicleta.

El movimiento de la rueda hace que gire el dinamo y a consecuencia de ello se enciende la luz de la bicicleta y se crea la energía eléctrica.

El dinamo puede servir también en caso de que el ciclista decida bajar la cuesta a toda velocidad.

  1. Como el ciclista ha ingerido alimentos para tener fuerza, usará esa energía química para acelerar, en cuyo caso  la energía química es transformada en energía en movimiento, o sea, energía cinética. 
  2. A su vez, este proceso de energía cinética en movimiento del ciclista y la bicicleta puede adquirir otras formas de energía.
  3. Si el ciclista sube a una cuesta empinada para lanzarse por el otro lado, cargando la bicicleta, la energía cinética se habrá convertido en energía potencial gravitatoria que se liberará cuando se lance cuesta abajo.
  4. Si el ciclista coloca el dinamo en el descenso estará generando energía eléctrica en el mismo proceso.
  5. Y si el ciclista aplicara los frenos estaría transformando la energía cinética, a través de la fricción, en energía calórica.

La energía, como se sabe,  se degrada y se conserva en cada transformación. 

Un objeto perderá energía en una transformación, pero esa pérdida de energía irá a parar a otro sitio.

Y es que la energía pierde capacidad para nuevas transformaciones, pero la energía no puede ser creada ni destruida, solo transformada.

Por eso la suma de todas las energías en el universo es siempre constante.

cómo se transforma la energía cinética

¿Cómo se almacena la energía cinética?

  1. El almacenamiento cinético se realiza mediante elementos móviles rotatorios.
  2. Es una técnica de almacenamiento de energía mediante el cual la energía eléctrica se convierte en energía cinética usando un motor que acciona un volante de gran inercia y baja fricción.
  3. De esta manera se acelera y conserva la energía en forma de movimiento, aun cuando luego se interrumpa el suministro eléctrico.
  4. Estos almacenadores acumulan energía mecánica en forma de energía cinética en una masa rodante denominada volante de inercia.
  5. Cuando se quiere recuperar la energía almacenada en el volante, una máquina funcionando como generador se encarga de convertir dicha energía mecánica en energía eléctrica.
  6. La conversión energética inversa, destinada a cargar el acumulador, se realiza mediante el accionamiento de un motor.
  7. Lo habitual es que el volante se incorpore al motor–generador eléctrico configurando una máquina aislada, conectada al exterior a través de cables al igual que en una batería electroquímica.
  8. Se trata pues de lo que podríamos denominar “baterías mecánicas recargables”.
  9. Este es el tipo de almacenamiento empleado en las fuentes interrumpidas de potencia (UPS).

¿Qué necesitamos para producir energía cinética?

Como hemos explicado, la energía nunca se destruye realmente, sino que se transfiere de una forma a otra y realiza un trabajo en el proceso.

Lo que se necesita para producir energía cinética es poner en movimiento un objeto; de esa manera, esa energía cinética a su vez creará otras formas de energía.
Khan Academy consigna dos ejemplos que ilustran este aserto:
  • Una bala que se mueve a gran velocidad tiene asociada una cantidad medible de energía, que es la energía cinética.
  • La bala adquiere esta energía por el trabajo que hizo sobre ella una carga de pólvora que a su vez perdió algún tipo de energía potencial química en el proceso.
  • Una taza de café caliente tiene una cantidad medible de energía térmica que adquirió por el trabajo que realizó sobre ella un horno de microondas, que a su vez tomó la energía de la red eléctrica.

Como se ha dicho, en la práctica,  siempre que se realice un trabajo para convertir energía de una forma a otra,  hay alguna pérdida en otras formas de energía, como el calor o el sonido.

¿Es un tipo de energía eficiente?

 La eficiencia de la energía cinética está fuera de toda duda. 

Es la energía imprescindible para crear otras fuentes de energía.

De ella parte el movimiento que da vida a todas las energías que nos procuran una vida mejor a todos los seres humanos, como la electricidad, la hidráulica, el acceso al agua potable, la comodidad de viajar en aviones, en autos, etc.

¿Es renovable o no renovable?

El concepto de energías renovables es el siguiente:

Se denomina “energías renovables” a aquellas fuentes energéticas basadas en la utilización del sol, el viento, el agua o la biomasa vegetal o animal -entre otras.

Se caracterizan por no utilizar combustibles fósiles –como sucede con las energías convencionales-, sino  recursos capaces de renovarse ilimitadamente. 

Si tomamos en cuenta que la energía cinética utiliza al sol, el viento o el agua para formar otras energías, tal cual hemos visto en este estudio,  debemos concluir que es totalmente renovable. 

¿Quién y cuándo se inventó la energía cinética?

energía cinéticaGottfried Leibniz, matemático alemán, y Daniel Bernoulli, científico holandés,  fueron los investigadores que desarrollaron el principio de la mecánica clásica,  que describe la energía cinética como la fuerza viva, en el siglo XVIII.

Willem’s Gravesande, de Holanda, fue quien proporcionó evidencia experimental de esta relación.

Gravesande determinó que la profundidad de penetración es proporcional al cuadrado de la velocidad de impacto, tomando como base la caída de un bloque de arcilla desde diferentes alturas.

Por su parte, Emilie du Châtelet reconoció las implicaciones de este experimento y publicó una explicación.

Pero los primeros conocimientos de estas ideas son atribuidos a Gaspard Coriolis,  quien en 1829 publicó un artículo titulado Du Calcul de L’Effet des machinnes  esbozando las matemáticas de la teoría cinética.

Y, finalmente, el término de energía cinética lo acuñó William Thomson, más conocido como Lord Kelvin, en 1849.

 

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Mi nombre es Teresa Vaz Ferrà y soy estudiante de Biología en Barcelona. Me gusta colaborar con esta página porque desde bien joven me ha encantado el funcionamiento de la naturaleza y la biología. Tenía claro que quería estudiar algo relacionado con estos temas y por eso me acabé decidiendo por Biología.

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