A la mecànica clàssica, l'energia cinètica d'un objecte és l'energia que té a causa del fet d'estar en moviment i tenir massa. Com més gran sigui la velocitat d'un objecte i més gran sigui la seva massa, més gran serà la seva energia cinètica.
L'energia cinètica també es defineix com la quantitat de treball necessari per accelerar un cos d'una massa determinada fins a una certa velocitat. Aquesta energia serà constant mentre la velocitat del cos es mantingui.
Aquesta forma denergia és important en diversos contextos. Per exemple, a la física dels xocs i col·lisions, s'utilitza per analitzar les transformacions d'energia que tenen lloc durant l'esdeveniment.
A més, és fonamental en camps com la mecànica, l'enginyeria i la indústria, ja que permet comprendre i aprofitar el moviment dels objectes per a diferents aplicacions i tecnologies.
L'energia cinètica es mesura al juliol (J) segons el sistema internacional d'unitats.
Tipus d'energia cinètica
L'energia cinètica es pot classificar en diferents tipus segons el context o la font de moviment. A continuació s'esmenten alguns exemples de tipus d'energia cinètica:
Lineal: És lenergia associada al moviment rectilini dun objecte al llarg duna trajectòria.
Rotacional: Es refereix a lenergia associada al moviment de rotació dun objecte al voltant dun eix. Aquest tipus d'energia s'aplica a objectes que giren, com ara rodes, turbines o discos voladors.
Vibracional: És lenergia associada al moviment vibratori dun objecte. S'aplica a sistemes que oscil·len o vibren, com ara cordes de guitarra, molècules en un gas o partícules en una ona.
Tèrmica: És lenergia associada al moviment aleatori de les partícules en un sistema. Està relacionada amb la temperatura de l'objecte i és deguda al moviment ràpid i constant d' àtoms o molècules. Com més gran sigui la temperatura d'un objecte, més gran serà la seva energia cinètica tèrmica.
Energia cinètica de partícules subatòmiques: En l'àmbit de la física de partícules, les partícules subatòmiques, com ara electrons, protons o neutrons, tenen energia a causa del seu moviment. Aquest tipus denergia és especialment rellevant en els reactors nuclears ja que la probabilitat de generar reaccions de fissió nuclear depèn de la velocitat dels neutrons lliures.
Energia cinètica de fluids: A la mecànica de fluids, l'energia cinètica es relaciona amb el moviment d'un fluid, com ara un líquid o un gas.
Fórmula de lenergia cinètica
Cadascun dels tipus esmentats anteriorment té una fórmula diferent per calcular-se. En aquest apartat esmentarem les fórmules de la lineal i la rotacional.
Fórmula de lenergia cinètica de translació lineal
La fórmula que s'aplica per a objectes que es mouen en línia recta és la següent:
On:
m és la massa en quilograms (kg)
v és la velocitat expressada en metres per segon (m/s)
Segons aquesta fórmula, es pot observar que lenergia cinètica és directament proporcional al quadrat de la velocitat. Això significa que un objecte que es mou a una velocitat més gran tindrà una energia cinètica molt més gran que un altre objecte de la mateixa massa però amb una velocitat menor.
A la mecànica relativista es tracta d'una bona aproximació únicament quan la velocitat és molt inferior a la velocitat de la llum.
Fórmula de lenergia cinètica rotacional
Per calcular un cos girant a un eix és la següent:
On:
Ix: moment d'inèrcia.
ω: Velocitat angular.
Exemples denergia cinètica
A continuació s'il·lustren diferents tipus d'energia cinètica:
Un automòbil en moviment: L'automòbil posseeix energia cinètica lineal a causa de la seva velocitat a la carretera. A més a més, les rodes giratòries de l'automòbil tenen energia cinètica rotacional.
Un pèndol oscil·lant: Un pèndol, com el d'un rellotge de paret, té energia cinètica a causa del moviment de vaivé. Aquesta energia cinètica és de tipus vibracional.
Una roda de bicicleta en moviment: La roda de bicicleta en moviment té energia cinètica rotacional. A més, la bicicleta en conjunt té energia cinètica lineal a causa de la seva velocitat.
Un avió volant: Un avió en vol posseeix energia cinètica lineal a causa de la seva velocitat a l'aire. A més, les aspes del motor o les hèlixs tenen energia cinètica rotacional.
Un electró accelerat en un accelerador de partícules: Els electrons que s'acceleren en un accelerador de partícules adquireixen energia cinètica a causa de la velocitat. Això correspon a energia cinètica de partícules subatòmiques.
El vent en moviment: El vent en moviment té energia cinètica associada amb la velocitat. Aquesta energia cinètica del vent és una forma denergia cinètica de fluids.
Relació entre energia potencial i cinètica
A la natura hi ha moltes formes d'energia i, segons la llei de la conservació de l'energia, l'energia no es pot crear o destruir, però sí que es transforma d'un tipus a l'altre.
Un cas particular són aquests dos tipus denergia: la suma de les dues és lenergia mecànica.
Lenergia potencial és lenergia mecànica associada a la localització dun cos dins un camp de força, per exemple, la força de la gravetat.
Si un objecte està a una alçada determinada té energia potencial gravitacional (que depèn de l'alçada). Si ho deixem caure, perd energia potencial i es transforma en energia cinètica (energia de moviment).
Un exemple és una muntanya russa. L'energia mecànica de les vagonetes es manté constant, però a cada pujada i baixada el balanç entre energia potencial i cinètica varia constantment.
