Energía Cinética

La energía cinética, directamente relacionada con el concepto de trabajo, es una clase de energía que se encuentra en los cuerpos en movimiento. Esta clase de energía se origina como producto de la velocidad adquirida por una partícula y de la masa que esta posea, es decir, mientras más velocidad o masa tenga un objeto, mayor será su energía cinética.

El estudio del movimiento, sus causantes y consecuencias, ha sido ampliamente estudiado en la física desde hace siglos, más específicamente hablando, la energía cinética se ha llegado a definir como: Es el trabajo requerido para cambiar el estado de reposo de un cuerpo, a un estado donde éste se encuentre en movimiento a una velocidad constante, siempre y cuando, la masa del mismo también permanezca inalterable en el tiempo.

La energía cinética puede transmitirse por cualquier cuerpo con masa y velocidad. Los principios de la energía cinética aplican tanto para el movimiento de los átomos, como para el movimiento de los planetas, con la única diferencia, de que se toman en cuenta múltiples factores externos e internos en los sistemas dinámicos, como lo son la fricción, cambios en la temperatura y presión, entre otros.

Ejemplos de energía cinética

La energía cinética se manifiesta a cada segundo y en cada centímetro de nuestro planeta, por lo que se pueden encontrar innumerables ejemplos de la energía cinética.

Lanzamiento de proyectiles


Uno de los fenómenos más claros de la energía cinética concentrada, es la capacidad destructiva que poseen las balas y proyectiles (dejando por fuera a toda clase de explosivos). Dado que por lo general se tratan de componentes de poca masa, que adquieren altas velocidades en breves intervalos de tiempo, con el material indicado, tienen la suficiente capacidad para penetrar a través de varios centímetros de hormigón y acero de alta resistencia.

Trabajos de maquinaria pesada


Puede pensarse que los camiones de carga, grúas y demás maquinarias pesadas, les resta poca energía por sus movimientos lentos y pausados, sucede todo lo contrario. Al poseer enormes capacidades de carga y estar compuestos de materiales densos y resistentes, los camiones no necesitan ir muy rápido para representar un serio peligro para quienes les rodean. Demostrando así que la energía cinética solo necesita, gran masa o velocidad, para tomarse en cuenta.

Juego de Billar


Muchas veces los acontecimientos básicos de la física pueden apreciarse en juegos simples y cotidianos. En el Billar, el choque entre las distintas bolas durante el juego, es una representación bastante fiel de cómo las partículas en movimiento transmiten la energía cinética a aquellas que se encuentran en reposo, cambiando así su velocidad y replegando la energía en el sistema donde se encuentren.

El Péndulo de Newton


Otro ejemplo sencillo y fácil de apreciar, es el demostrado durante el funcionamiento del Péndulo de Newton, donde la principal energía que entra en juego es la energía cinética. Se puede ver fácilmente, como un cuerpo en movimiento transporta la energía que lleva consigo a aquellos con quienes colisiona, y en este caso, la energía solo se agota debido a la incidencia de la gravedad y la fricción del aire contra las pequeñas esferas del péndulo.

Rotación y traslación de los planetas


Un acontecimiento bastante obvio pero que suele ser ignorado en su consistencia, es la naturaleza de los movimientos de los cuerpos celestes. Que aunque parezcan moverse lentamente en el espacio, lo cierto es que se trata de masas gigantescas desplazándose cientos de veces más rápido que el sonido. Estos movimientos de rotación y traslación, son apenas un pequeño remanente de energía del nacimiento de los planetas a partir del torbellino de masa estelar de nuestro sol.

Cómo se genera

La energía cinética se genera cuando un cuerpo (con cierta masa, cabe mencionar) adquiere una velocidad constante, sin importar el mecanismo por el que haya adquirido el movimiento, esto incluye toda clase de movimientos. Una vez que el objeto haya obtenido cierta energía, se necesitará la misma cantidad de energía aplicada en sentido contrario para anular la energía cinética de la partícula.

Tipos

La energía cinética se puede manifestar mediante otras clases de energía bastante conocidas. Ejemplos claros son los siguientes:

Energía hidráulica


La energía hidráulica es una manifestación de la energía cinética. Esa clase de energía depende esencialmente del movimiento de grandes masas de agua en estado líquido. Se puede estudiar perfectamente con los principios de la energía cinética, dado que a mayor cantidad de agua y mayor velocidad, mayor será la energía que esta pueda generar.

Energía eólica


La energía eólica es conocida como aquella que se obtiene de la fuerza ejercida por las corrientes de aire del planeta. Al igual que la energía hidráulica, aunque a pequeña escala el aire parezca carecer de masa, a mayores magnitudes se trata de toneladas de cúmulos gaseosos que poco a poco acumulan una enorme cantidad de energía cinética a medida que se van desplazando por sobre la superficie terrestre.

Energía mareomotriz


La energía mareomotriz se produce gracias al cambio de los niveles de agua en los mares. Estos cambios en el nivel del mar, ameritan la intervención de grandes corrientes oceánicas, la energía cinética que esta posea y de múltiples factores climáticos, todo ello aprovechado por turbinas en el mar, que finalmente generan la energía eléctrica.

Energía potencial gravitacional


La energía potencial gravitacional, amerita la intervención de la energía cinética para llegar a poder aprovecharse, en principio se debe vencer la atracción gravitacional para lograr un estado de “reposo”, el cual luego se podrá manifestar a través de nuevamente, la energía cinética del objeto en cuestión.

Otros tipos

Existen diversos mecanismos en la actualidad para aprovechar al máximo la energía cinética, puede notarse su implementación en cada sistema que necesite movimiento constante, como turbinas y generadores.

Usos

La energía cinética se encuentra en cada uno de los aspectos de la vida cotidiana, no solamente se puede aprovechar para muchos aspectos comunes, sino que es esencial para el habitual proceder de la naturaleza.

Las montañas rusas transforman la energía potencial en cinética.
  1. En atracciones turísticas los ingenieros diseñan todos los componentes tomando en cuenta la energía que llevan consigo ciertos elementos a altas velocidades. El buen aprovechamiento de estas fueras permite aprovechar al máximo estas atracciones.
  2. Los generadores de electricidad funcionan gracias a que una fuerza externa genera el movimiento necesario para que las bobinas roten y generen una corriente eléctrica. Muchos de estos sistemas aprovechan la energía cinética que les proporcionan el viento, las mareas y los ríos.
  3. Para un mejor funcionamiento, se utilizan contrapesos para agilizar el movimiento de los ascensores, esto ayuda tanto a incrementar la velocidad del ascensor como a reducir los gastos que requeriría una mayor potencia al elevar y descender grandes cargas.
  4. Décadas atrás era común verse, usuarios de los primeros coches y aviones utilizando manivelas y cordeles para encender los mecanismos básicos de aquellos, hoy puede apreciarse el mismo procedimiento para dispositivos más rudimentarios, como sierras, y cortadoras de césped.
  5. La energía cinética se debe tomar en cuenta para casi cada aspecto conocido tanto intuitiva como científicamente. En los deportes, donde usualmente se usan balones y pelotas arrojados a gran velocidad, en la fabricación de armas con proyectiles para estimar el daño de los mismos, en la industria espacial, para calcular la trayectoria de los cuerpos.

Ventajas y desventajas

Este tipo de energía presenta tanto ventajas y desventajas destacables que deben darse a conocer.

Ventajas

  • La energía cinética permite hacer funcionar los generadores de electricidad, siempre y cuando los generadores estén diseñados acorde al tipo de recurso que se ha de utilizar para hacer funcionar los mismos.
  • Distinto en naturaleza a otras formas de energía, no genera desperdicios ya que se basa explícitamente en el movimiento de un objeto y su masa.
  • Puede convertirse en otras formas de energía y así aprovecharse de distintas maneras, tales como en energía térmica, energía electromagnética y energía potencial.
  • Su estudio ha permitido perfeccionar los medios de transporte.

Desventajas

  • Generalmente, para generar energía cinética, se necesita transformar otras fuentes de energía y a su vez, para aprovechar la energía cinética, se debe convertir en otras formas de energía, procesos que generan pérdidas y necesitan gran inversión.
  • Aunque se le trate de estudiar en entornos controlados, los elementos que inciden en su acontecer son tan numerosos que rara vez se puede predecir y calcular con precisión.
  • Para aprovechar la energía cinética y hacerla rentable en cualquier aspecto, deben alcanzarse grandes velocidades o manejarse grandes cuerpos pesados, situación que sin los controles necesarios, puede representar un alto riesgo.

Fórmula matemática

Para calcular la energía cinética, en la mecánica clásica establecida por Isaac Newton, se utiliza una ecuación que permite determinar cuál es la energía acumulada por un objeto con masa y velocidad conocida:

\[Ec= \frac{1}{2}*m*v^{2}\]

En esta ecuación

  • Ec= Energía cinética que posee el objeto o partícula.
  • m= Masa del objeto.
  • v= Velocidad.