NATURALEZA

Explicación: energía cinética y potencial

Cuando hablamos con amigos sobre la energía, a veces hablamos de lo cansados ​​o vigorizados que nos sentimos. Otras veces nos referimos a cuánta carga queda en la batería de nuestros teléfonos. Pero en ciencia, la palabra energía tiene un significado muy específico. Se refiere a la capacidad de realizar algún tipo de trabajo en un objeto. Eso podría ser levantar el objeto del suelo o hacer que se acelere (o disminuya la velocidad). O podría estar iniciando una reacción química. Hay muchos ejemplos.

Dos de los tipos de energía más comunes son la cinética (Kih-NET-ik) y la potencial.

Los patinadores usan el cambio entre la energía cinética y potencial para controlar su velocidad y realizar trucos. A medida que alguien sube una rampa o una colina, su velocidad disminuye. Volviendo cuesta abajo, su velocidad aumenta.MoMo Producciones/DigitalVision/Getty Images

Energía cinética

Todo objeto en movimiento tiene energía cinética. Esto podría ser un automóvil que avanza a toda velocidad por la carretera, una pelota de fútbol que vuela por el aire o una mariquita que camina lentamente a lo largo de una hoja. La energía cinética depende de solo dos cantidades: masa y velocidad.

Pero cada uno tiene un impacto diferente en la energía cinética.

Para la masa, es una relación simple. Duplica la masa de algo y duplicarás su energía cinética. Un solo calcetín arrojado hacia el cesto de la ropa tendrá cierta cantidad de energía cinética. Haga una bola con dos calcetines y tírelos juntos a la misma velocidad; ahora has duplicado la energía cinética.

Para la velocidad, es una relación al cuadrado. Cuando usted cuadrado un número en matemáticas, lo multiplicas por sí mismo. Dos al cuadrado (o 2 x 2) es igual a 4. Tres al cuadrado (3 x 3) es 9. Entonces, si tomas ese calcetín y lo lanzas el doble de rápido, has cuadriplicado la energía cinética de su vuelo.

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De hecho, esta es la razón por la cual los límites de velocidad son tan importantes. Si un automóvil choca contra un poste de luz a 30 millas por hora (alrededor de 50 kilómetros por hora), que podría ser la velocidad típica de un vecindario, el choque liberará cierta cantidad de energía. Pero si ese mismo automóvil viaja a 60 millas por hora (casi 100 kilómetros por hora), como en una autopista, la energía del choque no se ha duplicado. Ahora es cuatro veces más alto.

Energía potencial

Un objeto tiene energía potencial cuando algo en su posición le da la capacidad de realizar un trabajo. Por lo general, la energía potencial se refiere a la energía que algo tiene porque está elevado sobre la superficie de la Tierra. Podría ser un automóvil en la cima de una colina o un patinador en la cima de una rampa. Incluso podría ser una manzana que está a punto de caerse de una encimera (o árbol). El hecho de que esté más alto de lo que podría estar es lo que le da este potencial para liberar energía cuando la gravedad lo deja caer o rodar.

La energía potencial de un objeto está directamente relacionada con su altura sobre la superficie de la Tierra. Duplicar su altura duplicará su energía potencial.

La palabra potencial sugiere que esta energía se ha almacenado de alguna manera. Está listo para su lanzamiento, pero todavía no ha pasado nada. También se puede hablar de energía potencial en manantiales o en reacciones químicas. Una banda de resistencia que puede usar para hacer ejercicio almacena la energía de su tirón a medida que la estira más allá de su longitud natural. Ese tirón almacena energía (energía potencial) en la banda. Suelta la banda y volverá a su longitud original. De manera similar, un cartucho de dinamita tiene un tipo químico de energía potencial. Su energía no se liberará hasta que una mecha se queme y encienda el explosivo.

En este video, observe cómo la física se convierte en diversión en las montañas rusas a medida que la energía potencial se convierte en energía cinética y viceversa, una y otra vez.

Conservacion de energia

A veces, la energía cinética se convierte en energía potencial. Más tarde, puede volver a convertirse en energía cinética. Considera un juego de columpios. Si te sientas en un columpio inmóvil, tu energía cinética es cero (no te estás moviendo) y tu potencial está en su punto más bajo. Pero una vez que se pone en marcha, probablemente pueda sentir la diferencia entre los puntos alto y bajo del arco de su swing.

En cada punto alto, te detienes solo por un momento. Luego comienzas a balancearte hacia abajo de nuevo. Para ese instante en que te detienes, tu energía cinética cae a cero. En ese mismo punto, la energía potencial de su cuerpo está en su punto más alto. A medida que regresas a la parte inferior del arco (cuando estás más cerca del suelo), se invierte: ahora te estás moviendo más rápido, por lo que tu energía cinética también está al máximo. Y dado que estás en la parte inferior del arco del swing, la energía potencial de tu cuerpo está en su punto más bajo.

Cuando dos formas de energía cambian de lugar de esa manera, los científicos dicen que la energía se está conservando.

Esto no es lo mismo que conservar energía apagando las luces cuando sales de una habitación. En física, la energía se conserva porque nunca se puede crear ni destruir; simplemente cambia de forma. El ladrón que captura parte de tu energía en el columpio es la resistencia del aire. Es por eso que eventualmente dejas de moverte si no sigues moviendo las piernas.

Niño en silla de ruedas tira de bandas de resistencia bajo la supervisión de su entrenador personal
Las bandas de resistencia como estas son muy útiles para desarrollar fuerza durante el ejercicio. Las bandas elásticas con forma de resorte almacenan un tipo de energía potencial a medida que las estira. Cuanto más te estires, más difícil será que la banda se retraiga. FatCamera/E+/imágenes Getty

Si sostienes una sandía desde lo alto de una escalera alta, tiene bastante energía potencial. En ese momento también tiene energía cinética cero. Pero eso cambia cuando te sueltas. A medio camino del suelo, la mitad de la energía potencial de ese melón se ha convertido en energía cinética. La otra mitad sigue siendo energía potencial. En su camino hacia el suelo, toda la energía potencial de la sandía se convertirá en energía cinética.

Pero si pudieras contar toda la energía de todos los pequeños pedazos de sandía que explosivamente golpearon el suelo (¡más la energía sonora de ese SPLAT!), se sumaría a la energía potencial original de la sandía. Eso es lo que los físicos entienden por conservación de la energía. Sume todos los diferentes tipos de energía antes de que suceda algo, y obtendrá siempre igualar la suma de todos sus diferentes tipos de energía después.

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