Energía potencial y cinética

Energía

La energía es la capacidad de realizar un trabajo.

La unidad de energía es J (Joule) que también es kg m2/s2 (kilogramo metro cuadrado por segundo cuadrado)

¡La energía puede ser de muchas formas! Aquí miramos la energía potencial (EP) y la energía cinética (EC).

Energía potencial y energía cinética

martillo

 

Un martillo:

La energía potencial (EP) es energía almacenada debido a la posición o el estado

arco y flecha

La energía cinética (EC) es energía de movimiento.

carro en movimiento
Un automóvil en movimiento tiene mucha energía cinética.

De EP a EC

paracaídistas
Estos paracaidistas tienen energía potencial debido a que están en lo alto.
Después de que saltan, esta energía potencial se
convierte en energía cinética (y calor) a medida que aceleran.

Energía potencial gravitacional

Cuando la EP se debe a la altura de un objeto, entonces:

EP debida a la gravedad = m g h

Donde:

martillo

Ejemplo: este martillo de 2 kg tiene una altura de 0,4 m. ¿Cuál es su EP?

EP = m g h
= 2 kg × 9.8 m/s2 × 0.4 m
= 7.84 kg m2/s2
= 7.84 J

Energía cinética

La fórmula es:

EC = ½ m v2

Donde

carro en movimiento

Ejemplo: ¿Cuál es la EC de un automóvil de 1500 kg que viaja a una velocidad de una calle a 14 m/s (aproximadamente 50 km/h o 30 mph)?

EC = ½ m v2

EC = ½ × 1500 kg × (14 m/s)2

EC = 147,000 kg m2/s2

EC = 147 kJ

Dupliquemos la velocidad.

carro en movimiento

Ejemplo: ¿El mismo automóvil circula ahora a una velocidad de carretera de 28 m/s (aproximadamente 100 km/h o 60 mph)?

EC = ½ m v2

EC = ½ × 1500 kg × (28 m/s)2

EC = 588,000 kg m2/s2

EC = 588 kJ

¡Guau! ¡Eso es un gran aumento de energía! La velocidad de la carretera es mucho más peligrosa.

Dupliquemos la velocidad y la EC aumentará cuatro veces. Muy importante tener esto en cuenta.

luna

Un meteorito de 1 kg golpea la Luna a 11 km/s. ¿Cuánta EC es eso?

EC = ½ m v2

EC = ½ × 1 kg × (11,000 m/s)2

EC = 60,500,000 J

EC = 60.5 MJ

Eso es 100 veces la energía de un automóvil que va a la velocidad de una autopista.

De EP a EC

Al caer, la EP de un objeto debido a la gravedad se convierte en EC y también en calor debido a la resistencia del aire.

¡Dejemos caer algo!

manzana 1m

Ejemplo: Dejamos caer esta manzana de 0.1 kg 1 m. ¿Con qué velocidad golpea el suelo?

A 1 m sobre el suelo, su energía potencial es

EP = m g h

EP = 0.1 kg × 9.8 m/s2 × 1 m

EP = 0.98 kg m2/s2

Ignorando la resistencia del aire (que es pequeña para esta pequeña gota de todos modos), la EP se convierte en EC:

EC = ½ m v2

Intercambiamos lados y reorganizamos:

½ m v2 = EC

v2 = 2 × EC / m

v = √( 2 × EC / m )

Ahora ponemos EP en EC y obtenemos:

v = √( 2 × 0.98 kg m2/s2 / 0.1 kg )

v = √( 19.6 m2/s2 )

v = 4.427... m/s

Nota: para la velocidad podemos combinar las fórmulas de esta manera:

Velocidad a partir de EC:   v = √( 2 × EC / m )
Lo ponemos en la fórmula de EP:   v = √( 2 × mgh / m )
Cancelamos m/m:   v = √( 2gh )

¡La masa no importa! Se trata de altura y gravedad. Para nuestro ejemplo anterior:

v = √( 2gh )

v = √( 2 × 9.8 m/s2 × 1 m )

v = 4.427... m/s

Resumen

 

¡Refuerza tu aprendizaje resolviendo los siguientes retos sobre este tema! (Nota: están en inglés).