Energía Cinética de Rotación: [Concepto, Uso y Ejemplos]👨‍🎓

¿Qué es la energía cinética de rotación?

Es la energía cinética de un cuerpo rígido que gira en torno a un eje fijo y que depende del momento de inercia y de la velocidad angular del cuerpo.

Cuanto más alejada se encuentre la masa del cuerpo respecto del eje de rotación, más energía se necesitará para que el cuerpo adquiera una velocidad angular.

energía cinética

Es de gran importancia para  turbinas, motores, generadores, neumáticos, ruedas, ejes, hélices. 

Por ejemplo:
Ejemplos de esta energía son los péndulos, las balanzas, las peonas, y, a escala cósmica, el giro de todos los cuerpos celestes conocidos, como la Tierra, los planetas, los satélites, el Sol, las estrellas y las galaxias.

Ese giro se efectúa en torno a un eje que define la simetría en los sistemas.

Esto demuestra que los movimientos de rotación están presentes en numerosos fenómenos naturales.

¿Qué ventajas tiene?

Ventajas:

    • Es una energía limpia, renovable.
    • Es fácil de instalar.
    • Los parques generadores pueden ubicarse en terrenos no aptos para otros fines.
    • Puede convivir con otros usos del suelo como cultivos bajos y pastoreo.
    • No puede utilizarse como fuente única de energía, debido a la intermitencia del viento.

¿Qué desventajas tiene?

Desventajas:

  • Los picos de generación pueden no coincidir con los picos de consumo.
  • No se puede medir su capacidad de generación.

¿Cómo se produce la energía cinética de rotación?

Como hemos explicado, la energía cinética rotacional se produce cuando un cuerpo rígido gira en torno a un eje fijo, como sucede con las llantas de los vehículos, el motor de un automóvil, las aspas de un molino.

Por ejemplo:
Una patinadora de hielo hace el movimiento utilizando la energía de su cuerpo.

Un nadador utiliza energía rotacional al aplicar un movimiento rotacional a sus brazos para mantenerse a flote.

Un yoyo gira sobre su propio eje.

energía cinética de rotaciónLa peonza constituye un sólido de revolución con un punto fijo que se mantiene en contacto con el suelo.

Aunque a priori el giro real de la peonza pudiera parecer bastante sencillo, lo cierto es que no lo es, sino que se compone de la combinación de tres movimientos diferentes:

  • El movimiento de rotación de la peonza en torno a un eje que pasa por el punto fijo de contacto.
  • Un movimiento de precesión en torno a un eje vertical, que motiva que el eje de rotación varíe según pasa el tiempo.
  • Un bamboleo del mencionado eje, denominado nutación, que hace variar su inclinación.

De natural interés para la física resulta la combinación de esos tres movimientos, ya que la misma se encuentra presente en la mayoría de los movimientos naturales de rotación.

¿En qué unidades se mide?

Como energía asociada a los cuerpos en movimiento, la Energía cinética rotacional depende de la masa y la velocidad del cuerpo.

El viento al mover las aspas de un molino, por ejemplo.

La energía cinética (Ec) se mide en julios (J), la masa (m) se mide en kilogramos (kg) y la velocidad (v), en metros/segundo (m/s).

¿Cómo se transforma?

La energía cinética rotacional es muy importante en la transformación de otras energías para prestar servicios a los seres humanos en sus actividades diarias tanto en el trabajo como en sus hogares.

De acuerdo con el Centro de Estudios Cervantinos, la forma en que esas energías aprovechan la cinética para transformarse, son las siguientes:

  1. La energía eólica, que aprovecha la cinética que poseen los cuerpos de aire en movimiento convirtiéndola en electricidad. El viento mismo se crea inicialmente a través de patrones complejos de cambios en la energía térmica a medida que la atmósfera y los océanos son calentados y enfriados por el sol.
  2. La energía hidroeléctrica aprovecha la cinética del agua en movimiento cuando cae (en una cascada o represa hidroeléctrica).
  3. La energía de las mareas aprovecha la energía del agua en movimiento a medida que se mueve hacia adelante y hacia atrás debido a las mareas.
  4. La energía térmica (temperatura) es un tipo especial de energía cinética. No es la energía de un objeto entero en movimiento, es la energía total de movimiento, rotación y vibración de los átomos y moléculas dentro de un objeto.

De lo antes dicho, se colige que esta energía es bastante versátil y se puede aprovechar de gran cantidad de maneras. Por ello, es tan importante conocerla y estudiarla.

¿Cómo se almacena?

El almacenamiento de la energía cinética de rotación se logra a través de baterías mecánicas recargables, que se forman de la siguiente manera:

  1. Los almacenadores acumulan energía mecánica en forma de energía cinética en una masa rodante que se conoce como volante de inercia.
  2. Una máquina que funciona como generador se encarga de transformar la energía mecánica en energía eléctrica, para recuperar la energía almacenada en el volante.
  3. Mediante el accionamiento de un motor se realiza la conversión energética inversa para cargar el acumulador o en un condensador.
  4. El volante de inercia, incorporado al motor-generador eléctrico, configura una máquina aislada, conectada al exterior a través de cables y a una batería electroquímica.

¿Qué necesitamos para producir energía cinética rotacional?

  1. Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento (traslación) es necesario aplicarle una fuerza.
  2. Cuanto mayor sea el tiempo en que esté actuando dicha fuerza, mucho mayor será la velocidad del cuerpo y por esa razón su energía será mayor también.
  3. Otro factor que influye es la masa del cuerpo; por ejemplo, si una bolita con cinco gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 kilómetros por hora (2 km/h) no haremos ningún esfuerzo por esquivarla.
  4. Pero si con la misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no habrá posibilidad de evitar la colisión.
  5. Bien, pero el punto material solo es capaz de trasladarse, pero no de rotar, pues carece de extensión.
  6. El sólido rígido, en cambio, puede rotar y por tanto a la energía cinética de traslación habrá que sumar la contribución de la rotación.
  7. Para cambiar el estado de rotación del cuerpo, es necesario que actúe una fuerza que genere un momento respecto a un punto o eje de rotación.

Por ejemplo:

  • Imaginemos el momento de abrir y cerrar una pesada puerta.
  • Por instinto, trataremos de ejercer la fuerza a la mayor distancia posible del eje de giro; así pues, la asociación fuerza-distancia es responsable de la rotación de la puerta.
  • De la misma manera trataremos de que la dirección de la fuerza que apliquemos sea perpendicular a la puerta.
  • El momento de una fuerza es el que permite conocer la capacidad de dicha fuerza para cambiar el estado de rotación del cuerpo alrededor de un eje de rotación que pase por dicho punto.

En consecuencia, las fuerzas son responsables de modificar la traslación de los cuerpos, o sea, son el agente dinámico de traslación.

El momento de fuerza es responsable de modificar la rotación de los cuerpos, o sea,  el agente dinámico de rotación. 

¿Es un tipo de energía eficiente?

La energía cinética rotacional es altamente eficiente porque es la encargada de poner en funcionamiento a las turbinas, los motores, los generadores, los neumáticos, las ruedas, los ejes y las hélices.

Por eso se aplica en todas nuestras actividades diarias, y, además, sirve para proveernos de las comodidades en nuestras casas y oficinas, porque es la energía que hace girar los aerogeneradores, los motores y las turbinas para  la producción de la energía hidroeléctrica, la energía eólica, la energía térmica, entre otras. 

¿Es renovable o no renovable?

energía cinética de rotaciónSi tomamos como base el concepto de que las energías renovables son aquellas cuyo aprovechamiento no implica el consumo de materias primas, debemos llegar al convencimiento de que la energía  cinética rotacional es renovable. 

Como hemos explicado,  esta energía es fundamental para que se produzcan otras energías,  que son renovables, como la energía eólica, que utiliza al viento; la energía solar, que usa al astro rey; la energía mareomotriz, que se basa en los movimientos del mar, o la energía hidráulica, movimientos de los ríos.

 Todas estas energías son limpias, eficientes y sostenibles,  contienen en sí mismas ingentes cantidades de energía y si se utilizan en medios adecuados pueden ser aprovechadas en lugar de las energías convencionales, que ocasionan daños severos al medio ambiente.

Un poco de historia sobre la energía cinética de rotación

La energía cinética fue descubierta por el británico James Prescott Joule (1818-1889), uno de los más notables físicos de su época, conocido sobre todo por sus investigaciones en electricidad, termodinámica y energía, a quien se le debe la unidad identificada con la J de Joule o Julio, usada en las mediciones de energía.

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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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