3.1 Energía cinética

Un cohete despegando, un automóvil moviéndose, una bala recién disparada o una manzana cayendo tienen energía cinética. Y, naturalmente, ¡también las vagonetas de las montañas rusas!

La energía cinética es la forma de energía asociada a la velocidad de un cuerpo. Según esto, todo cuerpo en movimiento posee energía cinética, y esta energía puede ser transferida, tal y como se manifiesta cuando se produce algún cambio en el estado de movimiento del sistema que la posee. Al interaccionar con otro cuerpo en reposo, el sistema en movimiento pierde velocidad pudiendo transferir movimiento al otro cuerpo o bien producir transformaciones en él.

Imagen 15. Mepsyd, Uso educativo
Como el trabajo realizado sobre un cuerpo modifica su velocidad, es posible relacionar trabajo y energía cinética: dado un cuerpo de masa m que se desplaza por una superficie horizontal sin rozamiento, sobre el que se aplica una fuerza constante F en el mismo sentido de desplazamiento, tenemos que:
  • Según la ecuación del trabajo: (1)
  • Según la segunda ley de Newton: (2)
  • Según se obtuvo en el tema de cinemática, la ecuación del movimiento independiente del tiempo para un MRUA: (3)
 
Despejando la aceleración expresada en la ecuación (2) en la última ecuación (3) obtenemos:
 
 
y sustituyendo el trabajo por su expresión (1), se obtiene:
 
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Puede definirse la energía cinética de un cuerpo como

donde m es la masa del cuerpo y v la velocidad a la que se mueve

Puede observarse que la energía cinética depende del valor de la masa y, sobre todo, del cuadrado del valor de su velocidad. Esto tiene importantes consecuencias, y explica por qué la gravedad de los accidentes de tráfico aumenta rápidamente con la velocidad.
AV - Pregunta de Selección Múltiple
¿Cuál de los siguientes choques contra una pared producirá peores efectos?
a) Un automóvil de 1000 kg a 72 km/h.
b) Un camión de 15000 kg a 45 km/h
c) Una camioneta de 10000 kg a 60 km/h
d) Una moto de 200 kg a 120 km/h



Según la definición dada para la energía cinética y la relación obtenida con el trabajo, puede escribirse:
 
 
Es posible generalizar la expresión obtenida para cualquier conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo, obteniendo lo que se conoce como Teorema de las fuerzas vivas o de la energía cinética, y que se enuncia:
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El trabajo realizado por las fuerzas que actúan sobre un sistema es igual a la variación experimentada por su energía cinética.


Cabe destacar dos posibles casos:

  • Si se realiza trabajo sobre el cuerpo, W>0, la variación de energía cinética experimentada es positiva y el cuerpo aumenta su energía cinética.
  • Si el cuerpo realiza trabajo sobre su entorno, W<0, la variación de energía cinética experimentada es negativa y el cuerpo disminuye su energía cinética.
Icono de IDevice de pregunta AV - Pregunta de Elección Múltiple
Un automóvil de 1000 kg circula a 120 km/h por una autovía y, a la vista de una señal de limitación de velocidad, reduce progresivamente su velocidad hasta 80 km/h, recorriendo en el proceso 50 m. ¿Cuál será el trabajo realizado en el proceso de frenado? ¿Y la fuerza de frenado que ha actuado?
       
308580.25 J y 6171.6 N respectivamente
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