La energía es un concepto fundamental y al mismo tiempo complejo de las ciencias; se trata de la capacidad que poseen algunos cuerpos para producir movimiento, calor o todo tipo de trabajo. Asimismo, las diferentes energías pueden exponerse bajo diversas formas capaces de transformarse unas a otras. Seguramente habrás oído hablar de la energía cinética y la energía térmica, pero ¿Qué son realmente y en qué se relacionan? A continuación, te lo contamos.
La energía cinética
La energía cinética se define como la energía que posee un cuerpo y que se genera mediante su movimiento. La energía cinética, entonces, es el trabajo (entendido en el sentido físico) que debe realizarse en un objeto o cuerpo para que pase de una condición estática hasta alcanzar cierta velocidad.
No todos los cuerpos tienen la misma energía cinética, ya que está determinada por la masa del cuerpo (m) y la velocidad de movimiento (v). Existen de hecho, muchos tipos de energías cinéticas, como la química, la mecánica o la termodinámica, y muchas de ellas pueden expresarse en términos de inercia o de velocidad angular.
Ejemplos de energía cinética
Un ejemplo sencillo: Imagina una pelota en lo alto de una rampa cualquiera; pues bien, a la altura de la rampa la llamaremos «energía potencial» y al descenso independiente de la pelota «energía cinética«.
Esto da como resultado una energía mecánica, es decir: la suma de valores en la energía potencial y la cinética. Dicha energía potencial es igual a la masa del cuerpo multiplicada por la gravedad y por la altura a la que se encuentra desde un centro de referencia (como el suelo). Debemos tener en cuenta además que la energía es siempre positiva en la escala y que no depende de la dirección. Esto supone que si doblamos el peso de la misma pelota del ejemplo anterior, también doblamos su capacidad de energía; sin embargo, cuando duplicamos la velocidad del objeto, la energía aumenta por un factor de cuatro.
La energía cinética se podría decir que está por todas partes y que los cuerpos constantemente están produciendo este tipo de energía en su desplazamiento. Uno de los ejemplos más comunes tiene que ver con una montaña rusa. Cuando la montaña rusa inicia el recorrido y se para en lo alto de la cuesta, no existe energía cinética, pero a medida que se inicia la caída del carro por el recorrido, la energía cinética de la montaña rusa aumenta proporcionalmente a la velocidad.
Por otro lado, también se puede acudir al ejemplo del billar. Por ejemplo, el movimiento de una bola de billar a X velocidad causa X energía cinética. Si cambiáramos las bolas de billar por canicas, por ejemplo, la energía producida sería menor, ya que la masa de las canicas es menor y la velocidad sería la misma.
Imaginemos ahora las fortificaciones de un castillo y un grupo de asaltantes que tratan de entrar a él embistiendo las puertas de entrada con un gran tronco. Bien, la velocidad y la masa del tronco a la hora de embestir es la fuerza cinética que se está produciendo, y deberías ser mayor a la resistencia de la puerta para que los asaltantes pudieran acceder al castillo.
Todos conocemos al guepardo, el animal más rápido sobre la faz de la Tierra. Al alcanzar tales velocidades, el animal debe estar preparado para disminuir la energía cinética generada de forma controlada. El guepardo lo consigue a través de sus patas traseras, que absorben la energía durante la fase de desaceleración, evitando un mal balanceo durante la frenada.
Ejemplos concretos de energía cinética
Si deseas ejemplos todavía más concretos podemos mencionaros estos:
- Un avión tiene una gran cantidad de energía cinética en vuelo debido a su gran masa y velocidad rápida.
- Una pelota de béisbol lanzada por un lanzador, aunque tiene una masa pequeña, puede tener una gran cantidad de energía cinética debido a su velocidad rápida.
- Un esquiador cuesta abajo que viaja cuesta abajo tiene una gran cantidad de energía cinética debido a su masa y alta velocidad.
- Una pelota de golf que se encuentra parada antes de ser golpeada tiene energía cinética cero porque su velocidad es cero.
- Un asteroide que cae a la tierra a velocidades increíbles tiene una enorme cantidad de energía cinética.
- Un automóvil que viaja por la carretera tiene menos energía cinética que un camión que viaja a la misma velocidad porque la masa del automóvil es mucho menor que la del camión.
- Un río que fluye a cierta velocidad posee energía cinética porque el agua tiene una cierta masa y también tiene velocidad.
- El vuelo de insecto tiene una pequeña cantidad de energía cinética porque su masa y velocidad son relativamente pequeñas.
Como podéis ver, se trata de unos ejemplos un tanto absurdos, pero que sirven para ilustrar de una manera sencilla y sin fórmulas en qué consiste básicamente la energía cinética.
La energía cinética en objetos de tamaño finito
La «energía cinética de traslación de la masa» es la manera de diferenciar la energía cinética rotacional de un objeto a otro de tamaño finito. De este modo, la energía cinética total que dispone una masa, es el resultado que se obtiene al sumar la energía cinética de traslación de su centro de masa, y la energía cinética de rotación alrededor de su centro de masa (véase las diferencias entre traslación y rotación).
Pasamos ahora a ver en qué consiste la energía térmica y cómo se relaciona con la energía cinética.
La energía térmica
La energía térmica, es la forma de energía que cualquier cuerpo posee a una temperatura superior a cero. Esta condición tiene un tamaño extenso y es directamente proporcional a la temperatura que genera el cuerpo. Si pensamos en el concepto de termodinámica, es posible afirmar que la energía térmica se supera sustancialmente, ya que no toda la energía es adecuada para la conversión en energía mecánica. Por contra cualquier otro tipo de energía tiene la capacidad de ser transformada de manera independiente en el largo plazo en energía térmica, exactamente como la energía mecánica se convierte a la fricción, la radiación electromagnética y por medio de la influencia de la energía eléctrica para la disipación resistiva.
De alguna manera, podemos decir que la energía términca reúne la energía cinética total de las moléculas y los átomos que forman una materia. Para completar aun más esta definición, se puede decir que la relación existente entre el calor, la temperatura y la energía térmica es el objetivo de la termodinámica y la física estadística. En resumen, la energía térmica tiene la capacidad de trabajar a través del calor, como una caldera de vapor, una estufa o el radiador del coche. De la misma manera, utilizamos la energía térmica para cocinar y generar electricidad en el hogar. Así, la temperatura de un objeto aumenta cuanto más rápido se muevan sus moléculas.
La energía térmica forma parte de esa familia de «energías» que poseen la capacidad de hacer el trabajo mediante el movimiento de las partículas y la fuerza aplicada a un objeto. Los resultados de la energía térmica en un objeto con temperatura interna puede medirse en grados Celsius o Fahrenheit en un termómetro.
Si hablamos de la definición académica de la energía térmica sería el total de la energía cinética media presente en todos los movimientos aleatorios de los átomos y partículas.
Ejemplos de energía térmica
La energía térmica se encuentra en la naturaleza , por ejemplo, el fuego, o puede generarse en estados adicionales en centrales termoeléctricas (electricidad). Huelga decir que su etapa primordial es fundamental para todas las otras fuentes de energía.
En general, la energía térmica se libera u obtiene de cualquier sistema que tenga una temperatura diferente, ya sea superior o inferior, en comparación con la que lo rodea, tanto en forma sólida como líquida. Dependiendo de las dos posibilidades, luego liberadas o adquiridas, se implementan una serie de procedimientos que dan lugar a tres tipos diferentes de intercambio de calor:
- La conducción produce el paso de energía térmica entre sistemas sólidos o dentro de ellos
- La convección produce el paso de la energía térmica entre los sistemas de fluidos
- La radiación de la energía térmica se produce por irradiación de luz y ondas electromagnéticas infrarrojas. Para ser claros, la energía térmica del sol llega a la tierra debido a la irradiación.
Cada uno de estos mecanismos tiene sus propias características, por lo tanto, terminarán una vez que se hayan alcanzado las temperaturas óptimas, lo que claramente tendrá que ser el mismo. Obviamente cada cuerpo tendrá su propio calor específico , esto es el resultado de la cantidad de la energía térmica que la misma genera, con una masa igual a 1 kg, dejando caer o agarrar, en el espacio de un segundo para aumentar o disminuir su temperatura en 1 ° C . El valor a atribuir se mide en kcal / kg ° C y se resume con el símbolo «c».
¿Cuántos tipos de energía existen?
La energía se presenta en multitud de formas, todas ellas con diferentes definiciones dado que ella misma deriva de un factor intangible y no posee cuerpo ni tamaño. En determinados casos, la energía en sí se referirá al movimiento generado gracias a los recursos naturales, pero en otros deberemos hablar en términos de mecánica. Así, en el mundo usamos diferentes tipos de energía como la eléctrica, luminosa, térmica, eólica, solar, geotérmica, hidráulica o nuclear, entre otras. Os las definimos brevemente cada una de ellas para que las distingáis mejor.
- energía térmica: los radiadores que calientan nuestra casa
- energía química: el gas que alimenta la caldera
- electricidad: la potencia de los electrodomésticos
- energía electromagnética o luminosa: la luz del sol, que hace que la planta crezca en el jarrón en el balcón
- energía cinética: un jarrón que cae hacia el suelo
- energía gravitacional: si el jarrón cae desde 10 cm de altura, tal vez lo ahorre, si cae desde 2 metros no hay esperanza
- energía nuclear: es difícil de ver, pero hay y cómo.
A menudo, las diversas formas de energía se pueden convertir entre sí, pero no siempre. Por ejemplo, podemos transformar la energía de la luz del Sol en energía eléctrica , a través de un panel fotovoltaico. En cambio, al contrario de lo que a menudo se piensa, no podemos transformar directamente la energía nuclear en electricidad. Las centrales nucleares son de hecho calderas de agua muy sofisticadas que convierten la energía nuclear en calor, es decir, energía térmica, que a su vez se convierte en energía mecánica y finalmente en energía eléctrica.
