Energía cinética para niños
En física, la energía cinética es la energía que un objeto tiene debido a su movimiento. Imagina que un objeto está quieto y quieres que se mueva. La energía cinética es el esfuerzo o "trabajo" que necesitas hacer para que ese objeto, con una masa específica, empiece a moverse y alcance cierta velocidad.
Una vez que el objeto se está moviendo y ha ganado esta energía, la mantiene a menos que algo cambie su velocidad. Si quieres que el objeto se detenga, necesitas aplicar una fuerza que haga un "trabajo negativo", es decir, que le quite esa misma cantidad de energía.
Contenido
¿Qué es la Energía Cinética?
El término "cinético" viene de una palabra griega antigua, kinēsis, que significa "movimiento". Las ideas sobre la energía cinética y el "trabajo" en la ciencia comenzaron a desarrollarse en el siglo XIX.
Científicos como Gottfried Leibniz y Daniel Bernoulli fueron de los primeros en estudiar cómo la energía de un objeto se relaciona con su masa y su velocidad. Lo llamaban "fuerza viva". Más tarde, Willem 's Gravesande hizo experimentos dejando caer pesos en arcilla. Descubrió que cuanto más rápido caía un peso, más profundo se hundía. Esto demostró que la energía de movimiento dependía de la velocidad.
En 1829, Gaspard Coriolis publicó un trabajo importante sobre las matemáticas de la energía cinética. El nombre "energía cinética" fue propuesto por William Thomson, también conocido como Lord Kelvin, en 1849.
Existen muchas formas de energía, como la energía química, el calor, la energía de la luz, la energía nuclear, la energía de la gravedad o la energía eléctrica. Todas estas se pueden agrupar en dos tipos principales: la energía potencial (energía almacenada o de posición) y la energía cinética (energía de movimiento).
Ejemplos de Energía Cinética en Acción
La energía cinética se entiende mejor viendo cómo se transforma. Piensa en un ciclista:
- Un ciclista usa la energía química de los alimentos para mover su bicicleta. Esta energía química se convierte en energía de movimiento, que es la energía cinética. Parte de esa energía también se convierte en calor, por eso el ciclista suda.
- Si el ciclista sube una cuesta, su energía cinética se convierte en energía potencial gravitatoria. Es como si almacenara energía por estar en un lugar más alto.
- Al bajar la cuesta, esa energía potencial se convierte de nuevo en energía cinética, haciendo que la bicicleta gane velocidad.
- El ciclista podría usar un aparato llamado dínamo en su rueda para generar electricidad mientras baja. Así, parte de la energía cinética se convierte en energía eléctrica.
- Si el ciclista frena, la energía cinética se transforma en calor debido a la fricción de los frenos.
La energía cinética de un objeto no solo depende de sus características internas, sino también de cómo lo observa alguien. Por ejemplo, un objeto que parece quieto para ti, podría estar moviéndose muy rápido para alguien en una nave espacial.
La forma de calcular la energía cinética cambia según la velocidad y el tamaño del objeto.
- Para objetos que se mueven mucho más lento que la velocidad de la luz (como un coche o una pelota), usamos la mecánica clásica de Newton.
- Si el objeto se mueve a una velocidad cercana a la de la luz (como partículas muy pequeñas), necesitamos usar la teoría de la relatividad.
- Para objetos muy, muy pequeños, a nivel de átomos y partículas subatómicas, se usa la mecánica cuántica.
Energía Cinética en la Física Clásica
En la mecánica clásica, la energía cinética de un objeto pequeño (como una pelota) depende de su masa (cuánto "pesa" el objeto) y de su velocidad (qué tan rápido se mueve). Se mide en julios (J). Un julio es igual a 1 kilogramo multiplicado por metro cuadrado por segundo al cuadrado (1 J = 1 kg·m²/s²).
La fórmula para calcularla es: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): E_{\mathrm c} = \frac{m v^2}{2} Donde:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): E_{\mathrm c} es la energía cinética.
es la masa del objeto.
es la velocidad del objeto.
Esto significa que si un objeto tiene el doble de masa, tendrá el doble de energía cinética si se mueve a la misma velocidad. Pero si tiene el doble de velocidad, ¡tendrá cuatro veces más energía cinética!
Energía Cinética de Varios Objetos
Cuando hablamos de un sistema con muchos objetos que se mueven, como los planetas en el sistema solar, la energía cinética total es la suma de las energías cinéticas de cada objeto.
Por ejemplo, el Sol está casi quieto en el centro del sistema solar, pero los planetas giran a su alrededor. Aunque el centro del sistema esté quieto, los planetas tienen mucha energía cinética debido a su movimiento.
La energía cinética de un sistema se puede dividir en dos partes:
- La energía de traslación: es la energía de todo el sistema moviéndose de un lugar a otro.
- La energía de rotación: es la energía de los objetos girando sobre sí mismos o alrededor de un punto.
Energía Cinética de un Objeto que Gira
Si un objeto sólido está girando, como una peonza o una rueda, su energía cinética total es la suma de la energía de traslación (si se mueve de un lugar a otro) y la energía de rotación (por su giro).
La fórmula para la energía cinética de un objeto que gira es: 
Donde:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): E_{\mathrm{tra}} es la energía de traslación.
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): E_{\mathrm{rot}} es la energía de rotación.
- es la masa del objeto.
es la velocidad lineal del objeto.
es la velocidad con la que gira el objeto.
es el momento de inercia, que nos dice cómo se distribuye la masa del objeto alrededor de su eje de giro.
La energía cinética siempre es un valor positivo.
Energía Cinética en la Relatividad
Cuando un objeto se mueve a una velocidad muy cercana a la velocidad de la luz, las reglas de la mecánica clásica ya no son exactas. En este caso, necesitamos usar la mecánica relativista, que fue desarrollada por Albert Einstein.
La fórmula para la energía cinética en la relatividad es más compleja: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): E_{\mathrm c} = \frac{m c^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} - m c^2 Donde:
- es la masa del objeto.
- es la velocidad del objeto.
es la velocidad de la luz (que es una velocidad muy, muy alta).
Esta fórmula nos muestra algo muy importante: a medida que la velocidad de un objeto se acerca a la velocidad de la luz, su energía cinética se vuelve infinitamente grande. Esto significa que es imposible que un objeto con masa alcance la velocidad de la luz.
También nos dice que un objeto, incluso cuando está en reposo (sin moverse), tiene una energía asociada a su masa. Esta es la famosa ecuación de equivalencia entre masa y energía: 
Donde 
es la energía en reposo.
Energía Cinética en la Mecánica Cuántica
Para objetos muy, muy pequeños, como los electrónes, se usa la mecánica cuántica. En este mundo diminuto, la energía cinética se describe de una manera diferente, usando operadores matemáticos.
La energía cinética de un electrón en un sistema se calcula con una fórmula que involucra la masa del electrón y cómo se distribuye en el espacio. Es una versión más avanzada de la idea de que la energía cinética depende de la masa y el movimiento.
Energía Cinética y Temperatura
A un nivel muy pequeño, la temperatura de un gas está relacionada con la energía cinética promedio de sus moléculas. Cuanto más rápido se mueven las moléculas de un gas, mayor es su temperatura.
Según la ley de Maxwell-Boltzmann, para un gas ideal, la relación entre la temperatura (T) y la energía cinética promedio (Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \langle E_k \rangle ) es: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): T =\frac{2}{3\kappa_B}\langle E_k \rangle Donde 
es la constante de Boltzmann, un número muy pequeño que relaciona la energía con la temperatura.
Esto significa que la temperatura es una medida de qué tan rápido se mueven las partículas en un material.
Galería de imágenes
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Comparación entre la expresión para la energía cinética de una esfera de acuerdo con la mecánica clásica y la mecánica relativista (aquí R es el radio, ω la velocidad angular y m0 la masa en reposo de la esfera.
Véase también
En inglés: Kinetic energy Facts for Kids
- Masa inercial
- Energía potencial
- Energía mecánica
- Movimiento browniano
- Teorema de la energía cinética
- Vis viva
- Energía eólica
