Calculadora de energía cinética

Esta calculadora de energía cinética es una herramienta que te permite calcular la energía relacionada con el movimiento de un objeto. Se basa en la fórmula de energía cinética, aplicable a cualquier objeto que realice un desplazamiento vertical u horizontal.

En el siguiente texto describiremos:

• qué es la energía cinética,
• cómo utilizar la fórmula de energía cinética,
• definición de energía cinética,
• unidades de la energía cinética,
• diferencia entre energía potencial y cinética,
• cómo puede aplicarse el teorema de la energía cinética o fuerzas vivas, y
• cómo se relacionan entre sí las expresiones de presión dinámica y energía cinética.

Los libros proveen la siguiente definición de energía cinética:

La energía cinética de un objeto es la energía que este posee debido a su movimiento. La definimos como el trabajo requerido para acelerar un cuerpo de una dada masa en reposo a una determinada velocidad. Habiendo ganado energía al acelerarse, el cuerpo conserva su energía cinética hasta que se produzca un cambio en su velocidad. Se requiere la misma cantidad de trabajo para desacelerar al objeto hasta que se encuentre en reposo nuevamente.

La energía cinética es la energía de un cuerpo que se encuentra en movimiento. Nos brinda información acerca de como la masa de un objeto influye en su velocidad. Tomemos el siguiente ejemplo: si colocaras un mismo modelo de motor a un camión y a un automóvil deportivo, el primero no podría competir con el segundo debido a su enorme masa. Otro ejemplo de energía cinética se da en el caso de un puñetazo dado por un boxeador, donde la energía se acumula en el cuerpo y se transfiere por medio del golpe. Puedes calcular esto fácilmente con la calculadora de energía cinética.

La fórmula de energía cinética describe la relación entre la masa de un objeto y su velocidad. Esta ecuación se escribe como:

K = 0.5 × m × v²,

donde:

• K — energía cinética;
• m — masa; y
• v — velocidad.

Con ayuda de la fórmula de energía cinética, puedes estimar cuanta energía se requiere para mover un objeto. Esta misma cantidad de energía podría emplearse para desacelerarlo, pero ten en cuenta que la velocidad en la fórmula se encuentra elevada al cuadrado. Esto significa que incluso un pequeño incremento en la velocidad produce un cambio relativamente grande en la energía cinética.

¿Qué tal si experimentas un poco con nuestra calculadora de energía cinética? Esta herramienta realiza todas las cuentas por ti luego de que introduzcas la masa y velocidad del objeto. ¡Incluso funciona al revés! Introduce dos variables cualesquiera y la calculadora obtendrá la tercera inmediatamente. Si no conoces la velocidad del objeto, dirígete a nuestra calculadora de velocidad para calcularla.

Ten en cuenta, sin embargo, que esta fórmula no tiene en cuenta los efectos relativistas que pueden aparecer, que se vuelven significativos a grandes velocidades. Si el objeto alcanza velocidades superiores al 1 % de la velocidad de la luz (un 1 % de la velocidad de la luz equivale a 3000 km/s), deberías utilizar, en cambio, nuestra calculadora de energía cinética relativista 🇺🇸.

Las unidades de energía cinética son las mismas que para cualquier tipo de energía. Las más populares y frecuentemente utilizadas son:

• Julio (J), igual a kg·m²/s² – unidad del SI.
• Electronvoltio (eV).
• Caloría (cal).
• Vatio-hora (Wh).
• Pie-libra fuerza (ft·lb) – unidad del sistema anglosajón.

Fácilmente, podemos convertir estas unidades entre sí conociendo sus equivalencias:

1 J = 6.242×10¹⁸ eV = 0.239 cal = 2.778×10⁻⁴ Wh = 0.7376 ft·lb

Cómo puedes ver, las unidades pueden diferir por varios órdenes de magnitud, por lo que resulta conveniente utilizar notación científica o escribirlas utilizando prefijos como kilo- (kcal, kWh), Mega- (MeV), etc. No tienes que preocuparte por las unidades mientras usas nuestra calculadora de energía cinética; puedes escoger la unidad que prefieras y al cambiar la selección su nuevo valor será calculado automáticamente.

La energía potencial (gravitatoria) se refiere a la atracción gravitatoria ejercida sobre un objeto en relación con lo lejos que tiene que caer. Cuando el objeto gana altura, su energía potencial aumenta. Si quieres saber qué es la energía potencial y cómo calcularla, utiliza nuestra calculadora de energía potencial.

Resulta que la energía cinética y el trabajo hecho por un sistema están estrictamente relacionadas y el teorema de la energía cinética, también llamado teorema de las fuerzas vivas, describe dicha relación. El teorema afirma que podemos vincular el trabajo realizado por todas las fuerzas externas con un cambio en la energía cinética del cuerpo:

W = ΔK = K₂ – K₁

Debemos aclarar que existen varios tipos de energía cinética en realidad. Podemos distinguir:

1. Energía cinética traslacional (el tipo más conocido): relaciona el movimiento de un objeto desplazándose en una dirección particular y la distancia que cubre en un tiempo dado. Este es el tipo de energía cinética calculado en nuestra herramienta.

2. Energía cinética rotacional: como su nombre implica, tiene en cuenta el movimiento de un cuerpo alrededor de un eje. Visita nuestra calculadora de energía cinética rotacional 🇺🇸 para conocer su fórmula exacta.

3. Energía cinética vibracional: podemos visualizarla en el caso de una partícula que oscila alrededor de un punto de equilibrio, aproximada a un movimiento armónico. Según el sistema, puede darse en un estiramiento, torcedura o dobladura.

A escala microscópica, todas estas energías cinéticas son manifestaciones de la energía térmica, que aumenta junto con la temperatura.

La expresión de la presión dinámica (causada por un fluido en movimiento) es la siguiente:

p = ρ × v² / 2

Se parece mucho a la ecuación de la energía cinética, ya que sustituimos la masa por la densidad, lo cual no es casual. Otro nombre de la presión dinámica es energía cinética por unidad de volumen; análogamente, la densidad es la masa contenida en un dado volumen. Con un poco de imaginación, puedes utilizar nuestra calculadora de energía cinética para estimar la presión dinámica de un fluido determinado. Si sustituyes la masa en kg por la densidad en kg/m³, entonces puedes pensar en el resultado en J como la presión dinámica en Pa.

Te encuentras en clase y tu profesor dice que la energía cinética de un objeto es de 1 J. ¿Cuánto es eso? ¿Mucho o poco? La clave está en el tipo de objeto del que se trata. Veamos algunos ejemplos de cálculos de energía cinética para familiarizarnos con los distintos órdenes de magnitud:

1. Algunas de las partículas más energéticas producidas por los físicos (p. ej., protones en el Gran Colisionador de Hadrones, LHC) alcanzan energías de unos pocos TeV. Esta energía es comparable con la energía cinética de un mosquito. Es sorprendente cuando tienes en cuenta la cantidad enorme de moléculas que componen a un insecto. Sin embargo, si calculamos el valor en julios, la energía cinética es del orden de 1 μJ. A raíz de esto, si una sola partícula tuviera una energía de 1 J sería una partícula extremadamente energética.

2. Consideremos una munición de 5 g que viaja a 1 km/s. Su energía cinética equivale a 2500 J, muy por encima de 1 J debido a su gran velocidad. Es por eso que los proyectiles de armas de fuego causan tanto daño al impactar. Utiliza nuestra calculadora de energía cinética para saber que tan rápido debe viajar la misma bala para tener una energía de 1 J. La velocidad resulta ser de aproximadamente 20 m/s. Bueno, probablemente duela al impactar, pero no causará más que un rasguño.

3. Un barco pesa 45 000 t y se mueve a una velocidad de 10 nudos. Podemos usar nuestro conversor de rapidez 🇺🇸 para ver que esto es equivalente a 5.1 m/s. Su energía cinética es entonces aproximadamente 595 MJ. Este impresionante número se debe en gran medida a su enorme masa.