Energía Cinética: Explicación

¿Qué es la energía cinética?

La energía cinética de un cuerpo es la energía que tiene como consecuencia de su movimiento, aunque en realidad se trata del esfuerzo que necesita un objeto para pasar del estado de reposo a una velocidad determinada.

Si el objeto está parado, tiene un coeficiente de energía cinética de cero, pero este irá aumentando a medida que el objeto se mueva y acelere. Esta energía lo mantiene en movimiento, por lo que para detenerlo hay que ejercer contra él una fuerza negativa equivalente.

Ejemplos de energía cinética

Para comprender de forma sencilla qué es la energía cinética y cómo se manifiesta en nuestro entorno, lo mejor es analizar algunos ejemplos cotidianos en los que se ve implicada.

La energía cinética está presente en el movimiento de los vehículos. Al aumentar su velocidad, o su masa, su energía cinética también se ve incrementada, motivo por el que los coches necesitan de mayor tiempo y espacio para detenerse por completo.
Otro ejemplo muy claro lo encontramos cuando pateamos un balón de fútbol o golpeamos una pelota de tenis con una raqueta. En el momento del impacto, la energía cinética se transfiere a estos objetos esféricos, lo que permite que se pongan en movimiento.
Un ejemplo muy interesante de la aplicación de la energía cinética lo encontramos en la energía eólica, que se genera al capturar las aspas de los molinos la energía cinética del viento y usar aerogeneradores para convertirla en electricidad. Este principio también es aplicable a la energía hidroeléctrica, que se aprovecha de la energía cinética de los saltos de agua para mover turbinas y generar electricidad limpia.
Además, el ejemplo de energía cinética más sencillo de comprobar lo encontramos en nuestro propio movimiento. Cuando una persona corre, salta o camina, el cuerpo genera y utiliza energía cinética. Por eso podemos transmitírsela a una pelota, o si vamos corriendo y saltamos, seguimos moviéndonos hacia el frente.

Principales problemas de la energía cinética

A pesar de sus múltiples aplicaciones y utilidades, pueden surgir ciertas complicaciones y limitaciones asociadas con el uso y el control de la energía cinética. Entender por qué se dan, y cómo afrontarlas, es básico para poder mejorar la seguridad, eficiencia y efectividad en cada aplicación, ¡y estas son algunas de las más comunes!

Uno de los mayores problemas de la energía cinética es el riesgo de colisiones. Un objeto con una energía cinética elevada puede causar daños si colisiona con otro objeto independientemente si este está quieto o también en movimiento.
Controlar y disipar la energía cinética puede ser difícil, sobre todo en sistemas de alta velocidad. Esto, por ejemplo, hace indispensable desarrollar sistemas de frenado eficientes a la par que seguros.
Pequeños cambios en la velocidad de objetos pesados pueden dar como resultado grandes variaciones en la energía cinética, lo que afecta de forma directa a campos como la ingeniería y diseño.
El aprovechamiento de la energía cinética del viento y del agua puede tener impactos ambientales debido a las necesidades de construcción de infraestructuras como embalses o aerogeneradores.
Además, aunque este problema sea menos cotidiano, es necesario mencionar que a velocidades extremadamente altas, cercanas a la velocidad de la luz, la energía cinética se comporta de forma no lineal. Esto puede presentar serias discrepancias en contextos como la física de partículas y la exploración espacial.

Tipos de energía cinética

Existen dos tipos de energía cinética.

El primero es la energía de traslación, que es la que muestra la trayectoria del cuerpo en movimiento, como por ejemplo el desplazamiento del objeto de un lugar a otro.
El segundo es el de rotación, que es el que muestra el desplazamiento del objeto sobre sí mismo.

La energía cinética se manifiesta en todo cuerpo que se mueve, así que está presente en todo tipo de situaciones cotidianas.

También está en aviones, cuyo secreto de vuelo es una correcta gestión de este tipo de energía.

Cómo calcular la energía cinética

La energía cinética depende de la masa y velocidad del cuerpo, y es directamente proporcional a los mismos. A más masa y/o velocidad, mayor energía cinética tiene un cuerpo.

Por ello, su fórmula es la siguiente:

K= ½mV2

Aquí, K es energía cinética, m es la masa del cuerpo y v su velocidad. De este modo, la fórmula consiste en multiplicar la masa por el cuadrado de la velocidad del cuerpo y dividir todo entre dos. Se mide en Julios (J), mientras que la masa es en kilogramos y la velocidad en metros por segundo.

Esta fórmula sería la de la mecánica clásica, que se aplica con velocidades inferiores a la velocidad de la luz. También se puede calcular con las reglas de la mecánica relativista, que se utiliza cuando la velocidad es cercana a la de la luz. Finalmente, la mecánica cuántica tiene en cuenta las partículas subatómicas, así que se describen estas magnitudes con funciones de ondas.

Diferencia entre energía cinética y potencial

No debe confundirse energía cinética y potencial, aunque sean parecidos. La primera es la energía que se asocia al movimiento, mientras que la potencial se asocia con la posición de un objeto con respecto a otro, midiendo la energía acumulada de un objeto en reposo.

El mejor ejemplo es la energía potencial gravitacional, que es la energía que se debe a la posición del objeto con respecto a la tierra. Su fórmula es Ep=mgh, donde m es la masa en kilogramos, g es la aceleración (9,8 metros por segundo) y h es la distancia en metros entre la tierra y el objeto, es decir, su altura.

Si sumamos las energías cinéticas y potenciales de un cuerpo nos da como resultado la energía mecánica.