Energía cinética: qué es, cómo se calcula y ejemplos

La energía cinética es la energía que posee un objeto debido a su movimiento. En términos físicos, cualquier objeto que esté en movimiento tiene energía cinética. Este tipo de energía depende de dos factores fundamentales: la masa del objeto y su velocidad. La fórmula general para calcular la energía cinética (Ek​) es:

Ek= 1/2mv²

m = masa del objeto.

v =velocidad a la que se mueve el objeto.

Esta relación nos muestra que la energía cinética es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado de su velocidad. Por tanto, un objeto más pesado alcanzará una energía mayor que uno más ligero si se proyecta a la misma velocidad.

En las competiciones de moto, un vehículo más ligero requiere menos energía para alcanzar la velocidad concreta, lo que le da una gran ventaja al piloto para acelerar o frenar más rápido que sus rivales. Por esa razón, datos como la aerodinámica, la inercia o la energía cinética son cruciales en las competiciones de velocidad y se estudian con detenimiento en la industria automotriz.

La energía cinética es un tipo de energía y está sujeta a una serie de leyes físicas fundamentales al igual que demás variables energéticas. Entre ellas, la ley de Conservación de la Energía es una de las más utilizadas al apoyar que la energía no se destruye, sino que se transforma. Por tanto, la energía cinética se transformaría en otros tipos de energía siempre que se den determinadas condiciones, manteniendo la energía total del sistema constante.

Por ejemplo, un coche en movimiento con una energía cinética determinada que colisionara con un muro trocaría su energía del movimiento por energía térmica y de presión debido al choque. Mientras tanto, una pelota que cae por una cuesta en algún momento frenará su movimiento debido al rozamiento con el suelo y el viento, lo que transformará la energía cinética en energía potencial.

Para calcular la energía cinética de un objeto, debemos conocer su masa y su velocidad. Supongamos que tenemos un objeto con una masa de 10 kg que se mueve a una velocidad de 5 m/s. Utilizando la fórmula mencionada anteriormente obtendríamos el siguiente resultado:

Ek=125J

Como puedes observar la energía cinética del objeto es de 125 julios (J). Para detener el objeto por completo necesitaríamos una energía similar que transformaría la energía cinética en potencial, manteniendo la energía mecánica del sistema constante para cumplir con la ley de Conservación de la Energía.

Por su parte, el trabajo es una variable que suele confundirse con la energía cinética, pues ambas están referidas al movimiento de los cuerpos. Sin embargo, mientras la energía cinética se refiere al movimiento del cuerpo en un momento dado, el trabajo expresa el cambio de posición de este, es decir, el cambio entre la energía cinética inicial y final del sistema.

1. Automóvil en movimiento: un automóvil de 1500 kg que se desplaza a 20 m/s tiene energía cinética. Su energía cinética alcanzaría el siguiente valor:

Ek=300000J

2. Pelota de béisbol: una pelota de béisbol de 0.145 kg lanzada a una velocidad de 40 m/s tiene energía cinética. Calculamos su energía cinética como:

Ek​=116J

3. Persona corriendo: una persona de 70 kg corriendo a 3 m/s tiene energía cinética. Calculamos su energía cinética como:

Ek=315J

Como se puede observar son ejemplos muy cotidianos y que forman parte de nuestro día a día. Esto debe dar a entender que la energía cinética no es una variable que se presente solo en el mundo académico e industrial. Al contrario, forma parte de nosotros, de nuestras actividades diarias.

La energía cinética y la energía potencial son dos formas principales de energía mecánica. La principal diferencia entre ambas es que la energía cinética depende del movimiento, mientras que la energía potencial depende de la posición. Mientras que la energía cinética está asociada con el movimiento de un objeto, la energía potencial está relacionada con la posición de un objeto en un campo de fuerza, como el campo gravitatorio.

Por tanto, la energía potencial gravitatoria es la energía que posee un objeto debido a su posición en un campo gravitatorio y se resume en la siguiente formula:

Ep​=mgh

m = masa del objeto.

g = aceleración debida a la gravedad (aproximadamente 9.81 m/s² en la superficie de la Tierra).

h = altura a la que se encuentra el objeto respecto a un punto de referencia.

Una roca en la cima de una colina tiene energía potencial gravitatoria. Si cae, esa energía potencial se convierte en energía cinética a medida que la roca gana velocidad. En el vuelo de las aves, los animales aprovechan las corrientes térmicas ascendentes para ganar altura y elevar su energía potencial. Así, pueden mantener el vuelo durante largas distancias sin un aporte excesivo de energía.

Aunque diferentes genios intervinieron en la formulación de la energía potencial, la concepción teórica de su existencia se la debemos al científico Isaac Newton al intuirla en base a su ley de la gravitación universal.

La energía potencial también está sujeta a la ley de la Conservación de la Energía por lo que también se transforma a otros tipos de esta, y no necesariamente a energía cinética. Por ejemplo, las transformaciones de fisión nuclear provocan que la energía potencial del núcleo atómico del uranio se transforme en energía térmica. Esta energía pasa a las turbinas trocando a energía eléctrica susceptible de utilizarse. Aunque las diversas formas de energía pueden transformarse entre sí, la cantidad total de energía en un sistema aislado permanece constante.

Ahora que ya sabes qué es la energía cinética, te puede interesar leer este artículo sobre la Primera ley de Newton: fórmula y ejemplos.

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