Qué es la energía cinética
La energía cinética es la energía que tiene un cuerpo por estar en movimiento. Depende de dos cosas: de su masa y de su velocidad al cuadrado. Un objeto en reposo no tiene energía cinética, y cuanto más rápido va, mucho más energía acumula.
Que la velocidad aparezca al cuadrado es la clave de la fórmula: duplicar la velocidad multiplica la energía por 4, y triplicarla la multiplica por 9. Por eso la energía de un coche crece tan deprisa con la velocidad: a 120 km/h lleva 4 veces la energía que a 60 km/h, no el doble.
La energía se mide en julios (J) en el Sistema Internacional. Con objetos cotidianos a velocidades normales salen cifras grandes, así que se usa también el kilojulio (1 kJ = 1.000 J).
Fórmula
Ec = ½·m·v²
m es la masa en kg y v la velocidad en m/s. El resultado sale en julios (J).
Energía potencial y energía mecánica
Si el objeto además está a una altura sobre el suelo, acumula energía potencial gravitatoria: Ep = m·g·h, donde g es la gravedad (9,81 m/s² en la Tierra) y h la altura en metros. Es la energía «en reserva» que se convertiría en cinética si el objeto cayera.
La suma de ambas es la energía mecánica total: Em = Ec + Ep. Una bola en lo alto de una rampa tiene casi toda su energía como potencial; al bajar, la potencial se transforma en cinética y la suma se mantiene (en el modelo ideal, sin rozamiento).
Fórmula
Ep = m·g·h · Em = Ec + Ep
h en metros y g en m/s². Si la altura es 0, toda la energía mecánica es cinética.
| Energía cinética (Ec) | Energía potencial (Ep) | |
|---|---|---|
| Depende de | Masa y velocidad | Masa, gravedad y altura |
| Fórmula | Ec = ½·m·v² | Ep = m·g·h |
| Objeto en reposo a nivel del suelo | 0 J | 0 J |
| ¿Cambia con la gravedad? | No | Sí: en la Luna vale 6 veces menos |
| Ejemplo con 70 kg | A 5 m/s: 875 J | A 2 m de altura: 1373,4 J |
Ejemplos paso a paso
- Coche de 1.000 kg a 90 km/h (= 25 m/s): Ec = ½·m·v² = ½ × 1.000 × 25² = 312.500 J = 312,5 kJ. Es la energía que los frenos deben disipar para detenerlo.
- El mismo coche al doble de velocidad, 180 km/h (= 50 m/s): Ec = ½ × 1.000 × 50² = 1.250.000 J = 1.250 kJ. Doble de velocidad, cuádruple de energía: por eso la distancia de frenado crece con el cuadrado de la velocidad.
- Persona de 70 kg corriendo a 5 m/s (18 km/h): Ec = ½ × 70 × 5² = 875 J. Un velocista de 100 kg a 10 m/s ya acumula 5.000 J.
- La misma persona de 70 kg subida a 2 m de altura: Ep = m·g·h = 70 × 9,81 × 2 = 1373,4 J. En reposo a esa altura, su energía mecánica es justo esa.
Comprueba el efecto cuadrático con la calculadora: introduce 25 m/s y después 50 m/s con la misma masa. La energía no se duplica: se multiplica por 4 (de 312.500 J a 1.250.000 J).
Errores comunes
- Mezclar unidades: la fórmula pide kg y m/s. Si escribes la velocidad en km/h sin convertir (90 en vez de 25), la energía sale multiplicada por casi 13. La calculadora convierte sola, pero elige bien la unidad.
- Olvidar el cuadrado: la energía crece con v², no con v. Un error típico al hacer la cuenta a mano es multiplicar por la velocidad una sola vez.
- Confundir energía con fuerza o potencia: 312.500 J no son «muchos newtons ni muchos vatios». El julio mide energía o trabajo; la fuerza se mide en newtons y la potencia en vatios.
- Usar gramos como si fueran kilogramos: 70.000 g son 70 kg. Si metes los gramos sin convertir, la energía sale 1.000 veces mayor.
Para hacerte una idea: 312,5 kJ equivalen a la energía de una tableta de chocolate (unas 75 kcal, unos 314 kJ). El problema físico no es la cantidad, sino disiparla rápido: eso es lo que hace un freno, y por eso se recalienta.