La energía cinética es la energía de la masa en movimiento. La energía cinética de un objeto es la energía que tiene debido a su movimiento.

En la mecánica newtoniana (clásica), que describe los objetos macroscópicos que se mueven a una pequeña fracción de la velocidad de la luz, la energía cinética (E) de un cuerpo masivo en movimiento puede ser calculado como la mitad de su masa (m) por el cuadrado de su velocidad (v): E = ½mv2. Tenga en cuenta que la energía es una cantidad escalar, es decir, no depende de la dirección y siempre es positiva. Cuando duplicamos la masa, duplicamos la energía; sin embargo, cuando duplicamos la velocidad, la energía aumenta en un factor de cuatro.

Ponerse a trabajar

Quizás la propiedad más importante de la energía cinética es su capacidad para trabajar. El trabajo se define como la fuerza que actúa sobre un objeto en la dirección del movimiento. El trabajo y la energía están tan estrechamente relacionados que son intercambiables. Mientras que la energía del movimiento generalmente se expresa como E = ½mv2, el trabajo (W) se considera más a menudo como fuerza (F) multiplicada por la distancia (d): W = Fd. Si queremos cambiar la energía cinética de un objeto masivo, debemos trabajar en él.

Por ejemplo, para poder levantar un objeto pesado, debemos trabajar para vencer la fuerza debida a la gravedad y mover el objeto hacia arriba. Si el objeto pesa el doble, se necesita el doble de trabajo para levantarlo a la misma distancia. También se necesita el doble de trabajo para levantar el mismo objeto el doble. De manera similar, para deslizar un objeto pesado por el piso, debemos superar la fuerza de fricción entre el objeto y el piso. El trabajo requerido es proporcional al peso del objeto y la distancia que se mueve. (Tenga en cuenta que si lleva un piano en la espalda por un pasillo, en realidad no está haciendo ningún trabajo real).

Energía potencial

La energía cinética se puede almacenar. Por ejemplo, se necesita trabajo para levantar un peso y colocarlo en un estante o para comprimir un resorte. ¿Qué pasa entonces con la energía? Sabemos que la energía se conserva, es decir, no se puede crear ni destruir; solo se puede convertir de una forma a otra. En estos dos casos, la energía cinética se convierte en energía potencial porque, si bien no está funcionando, tiene el potencial de hacerlo. Si dejamos caer el objeto del estante o soltamos el resorte, esa energía potencial se convierte nuevamente en energía cinética.

La energía cinética también se puede transferir de un cuerpo a otro en una colisión, que puede ser elástica o inelástica. Un ejemplo de colisión elástica sería una bola de billar golpeando a otra. Ignorando la fricción entre las bolas y la mesa o cualquier giro impartido a la bola blanca, idealmente la energía cinética total de las dos bolas después de la colisión es igual a la energía cinética de la bola blanca antes de la colisión.

Un ejemplo de colisión inelástica podría ser un vagón de tren en movimiento que choca contra un vagón estacionario similar y se acopla a él. La energía total seguiría siendo la misma, pero la masa del nuevo sistema se duplicaría. El resultado sería que los dos autos continúan en la misma dirección a una velocidad menor, de manera que mv22 = ½mv12, donde m es la masa de un automóvil, v1 es la velocidad del primer automóvil y v2 es la velocidad de los automóviles acoplados después de la colisión. Dividiendo por my tomando la raíz cuadrada de ambos lados obtenemos v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Tenga en cuenta que v2 ≠ ½v1.)

Además, la energía cinética se puede convertir en otras formas de energía y viceversa. Por ejemplo, la energía cinética se puede convertir en energía eléctrica mediante un generador o en energía térmica mediante los frenos de un automóvil. Por el contrario, la energía eléctrica se puede convertir nuevamente en energía cinética mediante un motor eléctrico, la energía térmica se puede convertir en energía cinética mediante una turbina de vapor y la energía química se puede convertir en energía cinética mediante un motor de combustión interna.

Jim Lucas es un escritor y editor independiente especializado en física, astronomía e ingeniería. Es director general de Lucas Technologies.