Ejemplos de Energía Cinética
La energía cinética es la que contienen los cuerpos y las sustancias por su movimiento. Todo lo que existe tiene cierta cantidad de energía cinética porque esta se presenta desde las partículas subatómicas y, a la vez, nosotros estamos en un planeta que va en constante movimiento, y nos lleva con él por el universo.
La energía cinética se puede calcular a nivel tanto microscópico como macroscópico. Por ejemplo, para los cálculos de esta energía en los átomos o moléculas de un gas existe la Teoría cinética de los gases, que ya tiene establecidas las ecuaciones que la describen. Para obtener su valor en objetos visibles con los que interactuamos, la ecuación utilizada es:
Ec = ½ mv2
De acuerdo con la ecuación, la energía cinética equivale al medio producto de: la masa del cuerpo por el cuadrado de la velocidad a la que se mueve. Utilizando las unidades del sistema internacional de medida: kilogramo (kg) para masa, metros por segundo (m/s) para velocidad, obtenemos con la ecuación las unidades kilogramo-metro cuadrado sobre segundo cuadrado (kgm2/s2), igual a Newton-metro (Nm), y este a su vez a Joule (J). El Joule es la unidad de energía.
Ejemplos de Energía cinética
A continuación se calculan valores de la energía cinética para diferentes casos:
1.- ¿Cuál es la energía cinética para una esfera de hierro que tiene una masa de 0.12 Kg y se mueve a una velocidad de 0.20 m/s?
Ec = ¿?
m = 0.12 Kg
v = 0.20 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (0.12 Kg)*(0.20 m/s)2
Ec = ½ (0.12 Kg)*(0.04 m2/s2)
Ec = ½ (0.0048 Kgm2/s2)
Ec = 0.0024 Kgm2/s2
Ec = 0.0024 Joule
2.- ¿Cuál es la energía cinética para una barra de zinc que tiene una masa de 0.54 Kg y se mueve a una velocidad de 0.45 m/s?
Ec = ¿?
m = 0.54 Kg
v = 0.45 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (0.54 Kg)*(0.45 m/s)2
Ec = ½ (0.54 Kg)*(0.2025 m2/s2)
Ec = ½ (0.10935 Kgm2/s2)
Ec = 0.0547 Kgm2/s2
Ec = 0.0547 Joule
3.- ¿Cuál es la energía cinética para una espada que tiene una masa de 0.51 Kg y se mueve a una velocidad de 2.1 m/s?
Ec = ¿?
m = 0.51 Kg
v = 2.1 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (0.51 Kg)*(2.1 m/s)2
Ec = ½ (0.51 Kg)*(4.41 m2/s2)
Ec = ½ (2.2491 Kgm2/s2)
Ec = 1.1245 Kgm2/s2
Ec = 1.1245 Joule
4.- ¿Cuál es la energía cinética para un carrito de juguete que tiene una masa de 0.01 Kg y se mueve a una velocidad de 1.2 m/s?
Ec = ¿?
m = 0.01 Kg
v = 1.2 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (0.01 Kg)*(1.2 m/s)2
Ec = ½ (0.01 Kg)*(1.44 m2/s2)
Ec = ½ (0.0144 Kgm2/s2)
Ec = 0.0072 Kgm2/s2
Ec = 0.0072 Joule
5.- ¿Cuál es la energía cinética para un vehículo que tiene una masa de 1350 Kg y se mueve a una velocidad de 20 m/s?
Ec = ¿?
m = 1350 Kg
v = 20 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (1350 Kg)*(20 m/s)2
Ec = ½ (1350 Kg)*(400 m2/s2)
Ec = ½ (540000 Kgm2/s2)
Ec = 270000 Kgm2/s2
Ec = 270000 Joule
6.- ¿Cuál es la energía cinética para un cohete que tiene una masa de 4000 Kg y se mueve a una velocidad de 40 m/s?
Ec = ¿?
m = 4000 Kg
v = 40 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (4000 Kg)*(40 m/s)2
Ec = ½ (4000 Kg)*(1600 m2/s2)
Ec = ½ (6400000 Kgm2/s2)
Ec = 3200000 Kgm2/s2
Ec = 3200000 Joule
7.- ¿Cuál es la energía cinética para un auto sedan que tiene una masa de 1135 Kg y se mueve a una velocidad de 32 m/s?
Ec = ¿?
m = 1135 Kg
v = 32 m/s
Ec = ½ mv2
Ec = ½ (1135 Kg)*(32 m/s)2
Ec = ½ (1135 Kg)*(1024 m2/s2)
Ec = ½ (1162240 Kgm2/s2)
Ec = 581120 Kgm2/s2
Ec = 581120 Joule
La energía cinética y los estados de la materia
La materia puede presentarse en diversos estados físicos, pero sólo podemos interactuar en nuestra realidad con los tres fundamentales: sólido, líquido y gaseoso. Los demás, como el plasma y otros dos tratados en laboratorio, no son accesibles a que los toquemos. La energía cinética es la que va a definir cuándo una sustancia es sólida, liquida o gaseosa, por lo siguiente:
Cuando las partículas de la materia tienen poco movimiento, llevan poca energía cinética. Quedan compactas y formando una estructura ordenada que no fluye y se mantiene con una forma definida. Así se toma el estado sólido. Ahora, lo que hará que las partículas empiecen a agitarse más será darles más energía cinética. Esto se logra aumentando su temperatura.
La temperatura es la magnitud física que nos dice la energía cinética promedio de la materia. Hay cuatro escalas principales en las que se puede medir:
- Celsius (°C), del sistema internacional de medida (SI). Basada en las propiedades del agua, marca su punto de fusión a 0°C y su punto de ebullición a 100°C.
- Kelvin (K), del sistema internacional de medida (SI). Es absoluta, y marca el llamado cero absoluto en 0 K (igual a -273.15 °C), el punto de fusión del agua a 273.15K (0°C) y el punto de ebullición del agua a 373.15K (100°C).
- Fahrenheit (°F), del sistema inglés. Basada en las propiedades del agua, marca su punto de fusión a 32°F y su punto de ebullición a 212°F.
- Rankine (R), del sistema inglés. Es absoluta, y marca el llamado cero absoluto en 0 R (igual a -459.67°F), el punto de fusión del agua a 491.67 R (32°F) y el punto de ebullición del agua a 671.67 R (212°F).
Entendido esto sabemos que, cuando se eleva la temperatura de un material, esto es igual a que aumente su energía cinética. Cuando en un sólido las partículas se mueven suficiente para empezar a desplazarse unas sobre otras, se dice que va ocurriendo un cambio de estado, hacia el estado líquido. Este último puede tomar la forma del recipiente que lo contiene.
Cuando la energía cinética en un líquido aumenta tanto que sus partículas empiezan a escapar de él y a desplazarse hacia el aire, se ha alcanzado el estado gaseoso. Este llenará por completo el recipiente cerrado que lo contenga, haciendo una presión uniforme hacia todas sus paredes. De igual modo, si el gas se enfría, bajará su energía cinética y la transformación al revés empezará.
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