Energía cinética y potencial
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- Definir la energía y sus dos tipos principales enumerados a continuación
- Describir la conservación de la energía
Probablemente estés familiarizado con este tipo de energía de una clase de física. La energía es la capacidad (habilidad, tipo de) para hacer el trabajo. Tienes un sentido de lo que es el trabajo de la vida regular, son las cosas que requieren esfuerzo. La energía y el trabajo tienen las mismas unidades. La energía cinética es la energía que proviene del movimiento. La ecuación para la energía cinética es
\[KE=\frac{1}{2}mv^{2}\]
donde KE es energía cinética, m es masa y v es velocidad. Esta definición debería tener sentido: las cosas grandes que se mueven rápido tienen la mayor cantidad de energía, la mayor capacidad para empujar otras cosas o derribarlas, etc. La energía potencial es la energía que proviene de la posición y una fuerza. Por ejemplo, la energía potencial gravitacional es la energía que tienen las cosas si están en lo alto. Si caen, su energía potencial se convertirá en energía cinética porque son aceleradas por la gravedad. La ecuación para la energía potencial de la gravedad es
\[PE=mgh\]
donde PE es energía potencial, m es masa, g es la aceleración de la gravedad y h es la altura. Esto hace que las unidades de energía sean muy claras: masa x distancia x aceleración, o fuerza x distancia, que llega a kg•m 2 s -2. En química, la fuerza que conduce a la energía potencial es casi siempre la fuerza Coulomb, no la gravedad. En este caso, la energía potencial de 2 cargas cerca una de la otra es
\[PE=\frac{kQq}{d}\]
donde q y Q son las 2 cargas, d es la distancia entre ellas, y k es una constante, 8.99 x 10 9 J•m•C -2. (Los julios, J, son la unidad de energía SI, y los culombos, C, son la unidad de carga SI). Cuando las cargas tienen la misma señal, se repelen y se acelerarán alejándose unas de otras si se les permite moverse; la energía potencial tiene un signo positivo. Cuando las cargas tienen el signo contrario, se atraen entre sí y tienen energía potencial negativa. Si se les permite acercarse, la energía potencial se volverá más negativa. Si están separados, d se hace más grande y la energía potencial se acerca a cero.
Conservación de Energía
Probablemente aprendiste sobre conservación de energía ya en una clase de física. Por ejemplo, si tienes un péndulo como se muestra, en la Posición 1 el peso tiene alguna energía potencial, pero no energía cinética. Al soltar el peso, el peso cae, moviéndose a través de la Posición 2. En la Posición 2, parte de la energía potencial se ha convertido en energía cinética. Finalmente, en la Posición 3, toda la energía potencial se ha convertido en energía cinética. A medida que pasa 3, el proceso se invierte y la energía cinética se convierte en energía potencial. Cuando el peso alcanza la Posición 4, toda la energía cinética se ha vuelto a convertir a la misma cantidad de energía potencial con la que comenzó a 1. Este es solo un ejemplo de conservación de energía. Es una observación general que la cantidad de energía en el universo no cambia, y la cantidad de energía en un sistema en particular no cambia a menos que haya un flujo de energía dentro o fuera.
Colaboradores y Atribuciones
Emily V Eames (City College of San Francisco)