En el campo de ciencia, y de forma más específica, en la física, existe una diversidad de conceptos que nos permiten explicar ciertos fenómenos presentes en la naturaleza.
Ahora bien, tales conceptos, y su entendimiento, hacen posible la generación y puesta en práctica de nuevas tecnologías, lo que a su vez se traduce en mejoras en nuestra calidad de vida.
Uno de tales conceptos, está referido a la energía cinética, por lo que a continuación nos enfocaremos en tópicos como: du definición, su origen, la energía cinética en distintos campos, entre otros ítems de interés.
Definición de la Energía Cinética
En términos básicos, la energía cinética, es aquella que poseen los cuerpos derivada de su movimiento relativo. Dicho de otra forma, es cantidad de trabajo requerido para producir la aceleración de un cuerpo de una determinada masa, desde el estado de reposo hasta una determinada velocidad.
Cuando los cuerpos, alcanzan esta energía, los mismos conservarán la energía cinética, hasta tanto no se produzca variación en su velocidad.
En tal sentido, para que el cuerpo regrese a su estado original de reposo, es necesario aplicar un trabajo negativo, con igual magnitud que su energía física durante su movimiento actual.
Origen de la Energía Cinética
El término cinético, proviene de la palabra griega “kinesis” que indica “movimiento”, y tanto los términos trabajo como energía cinética, con su connotación científica, se originaron en el siglo XIX.
Fueron Gottfried y Daniel Bernoulli, quienes desarrollaron el principio mecánico clásica, donde se establece que E = mv², siendo que indicaron la energía cinética es la fuerza viva.
Posteriormente, Gravesande, generó evidencia experimental, respecto a la fórmula antes mencionada, donde pudo constatar que al dejar caer pesos de alturas distintas, la profundidad de penetración era proporcional al cuadrado de la velocidad de impacto.
Ya para el año 1829, Gaspard Coriolis, generó cierto basamento matemático respecto al comportamiento de la energía cinética.
Debido a que existen diversos tipos de energía, tales como: energía nuclear, química, calórica, elástica, eléctrica, entre otra; las mismas se pueden agrupar en 2 grandes grupo: la energía cinética y la energía potencia.
Una forma de entender estos tipos de energía, puede ser el caso de un deportista, un atleta, el cual usa la energía química desprendida de los alimentos que consumió para tener la fuerza necesaria y generar la velocidad durante su carrera.
En tal caso, convierte la energía química en energía cinética (o de movimiento), y podrá mantener la velocidad durante un determinado tiempo, no obstante tendrá cierta pérdida de eficiencia, ya que de manera simultánea produce calor.
Como toda magnitud física que esté referida a la variable velocidad, la energía cinética de un determinado cuerpo dependerá tanto de la naturaleza intrínseca de dicho cuerpo como de la relación existente entre el cuerpo y el observador.
Para llevar a cabo el cálculo de la energía cinética, el mismo varía en función de en cuál campo de la mecánica nos encontremos, tal es el caso de la mecánica cuántica, mecánica relativista o mecánica clásica.
En ese sentido, para el cálculo de energía cinética, se debe considerar el tamaño del cuerpo, y la velocidad de las partículas que lo integran.
En el caso que la velocidad del cuerpo, sea mucho menor a la velocidad de la luz, para realizar el cálculo de la energía cinética, bastará con aplicar los conocimientos de la mecánica clásica de Newton.
Mientras que si dicha velocidad es aproximada a la velocidad de la luz, es conveniente aplicar la teoría de la relatividad, y cuando el tamaño del cuerpo tiene niveles sub-atómicos, se sugiere aplicar la mecánica cuántica.
Comportamiento la Energía Cinética en la Mecánica Clásica
En este campo de la física, la energía cinética, va en función de su masa (m) y sus elementos del movimiento. Su magnitud se expresa en joules (J), donde 1 J equivale a 1 kg.m²/s².
En tal sentido, su cálculo viene dado en función de su velocidad, y se obtiene mediante la fórmula: Ec = (mv²)/ 2. Siendo que tal expresión es válida para diversos sistemas de referencia.
Otro aspecto de relevancia, es el comportamiento de la energía cinética, en los sistemas de partículas, donde se establece que para un sólido rígido (que no tenga un movimiento de rotación), su energía cinética tendrá un valor de cero al momento de detener su movimiento.
No obstante, la energía cinética en estos casos, será el resultado de las sumas simples de todas las energías cinéticas de las masas, inclusive la energía cinética de la rotación, lo cual es aplicable en sistemas integrados por diversos cuerpos que poseen movimientos independientes.
Comportamiento la Energía Cinética en la Mecánica Relativista
Cuando la velocidad de un cuerpo, posee un valor significativo, con respecto a la velocidad de la luz, es necesario aplicar la teoría de la relatividad, donde se agrega el momento lineal.
En este caso, la magnitud de la magnitud de la energía se aproxima al infinito, cuando su velocidad del cuerpo es cercana a la velocidad de la luz, lo cual se denota con la expresión: E0 = mc².
De allí, que los cálculos de la energía cinética, la Energía total E, se puede disgregar entre las energías de las masas en reposo incluyendo la energía cinética, establecida en las teorías de Newton.
Por otra parte, para calcular la energía cinética de un sólido en movimiento de rotación, es necesario considerar su velocidad angular.
En ese sentido, para el caso de una esfera en rotación, los puntos sobre el eje, no posee velocidad de traslación, mientras que los puntos más alejados del eje de giro si tiene una velocidad, en la medida que dicha velocidad se aproxime a la velocidad de la luz, su energía cinética tendrá un crecimiento sin límites.
Comportamiento la Energía Cinética en la Mecánica Cuántica
En esta campo de la física, la magnitud de la energía cinética, su valor debe estar representado por un operador autoadjunto, en un espacio adecuado, conocido como Hilbert.
Para este cálculo, se requiere conocer la densidad electrónica, siendo que podemos conocer la energía cinética de los electrones en el ámbito sub atómico.
