Segurament hagis estudiat a l'institut l'energia cinètica a l'assignatura de física. Si no és així, probablement l'has sentit en algun estudi científic o als mitjans de comunicació. I és que és una energia crucial per estudiar el moviment dels objectes. Tot i això, moltes persones encara no tenen clara la idea del que realment implica l'energia cinètica, com funciona i com es mesura.
En aquest article oferirem una guia completa sobre l'energia cinètica, aprofundint en la seva definició, usos, tipus i la manera com es calcula. A més, proporcionarem exemples útils i revisarem els conceptes relacionats amb altres tipus d'energia, perquè comprenguis completament la importància de l'energia cinètica a la física ia la vida quotidiana.
Vols saber-ho tot sobre l'energia cinètica? Només has de seguir llegint per descobrir-ho
Quina és la definició d'energia cinètica?
Quan es parla denergia cinètica, algunes persones pensen que es refereix a algun tipus denergia que es fa servir per generar electricitat o un recurs similar. Tot i això, l'energia cinètica és simplement la energia que un objecte té a causa del moviment. De manera senzilla, podríem dir que qualsevol objecte que es mogui té energia cinètica.
Perquè un objecte en repòs es comenci a moure, necessita que se li apliqui una força. A mesura que aquesta força s'aplica, l'objecte venç les forces de resistència (com la fricció del terra o l'aire) i es comença a moure. Durant aquest procés, l'energia associada a l'objecte en moviment és el que anomenem energia cinètica.
Per tant, l'energia cinètica depèn de dos factors clau: la massa de l'objecte i la velocitat. Com més gran sigui la massa i la velocitat, més energia cinètica tindrà l'objecte. Un augment en la velocitat provoca un augment significatiu a l'energia, ja que aquesta depèn de la velocitat de forma quadràtica.
Aquesta energia es pot transferir d'un objecte a l'altre. Per exemple, en el cas d‟una col·lisió, part de l‟energia cinètica de l‟objecte impactant es transfereix a l‟objecte impactat.
Relació entre energia cinètica i treball
L'energia cinètica està relacionada estretament amb el concepte de treball en física. El treball realitzat sobre un objecte per canviar-ne la velocitat és el que li atorga la seva energia cinètica. Aquest treball es defineix com el producte de la força aplicada sobre l'objecte i la distància que recorre per aquesta força.
L'equació del treball és:
W = F · d · cos(θ)
aquí, W és el treball realitzat, F és la magnitud de la força aplicada, d és la distància recorreguda, i θ és l'angle entre la força i el desplaçament.
Podem pensar en l'energia cinètica com la feina necessària per portar un objecte des del repòs fins a la velocitat actual.
Tipus d'energia cinètica
Hi ha dos tipus principals d'energia cinètica, en funció del tipus de moviment que descrigui l'objecte:
- Energia cinètica de translació: Es produeix quan un objecte es desplaça seguint una trajectòria recta. Per exemple, quan un cotxe viatja per una carretera recta, té energia cinètica de translació.
- Energia cinètica de rotació: Apareix quan un objecte està girant sobre el seu propi eix. L?exemple més clar és el d?una roda girant, o el de les aspes d?un ventilador en moviment.
A més d'aquests tipus, l'energia cinètica es pot manifestar també en altres nivells. Per exemple, a nivell microscòpic, el moviment d'àtoms en un sòlid genera una energia cinètica tèrmica, que és la responsable de la calor. També els electrons en moviment en un circuit generen energia cinètica elèctrica.
Com es calcula l'energia cinètica?
Calcular l'energia cinètica d'un objecte és relativament senzill si en coneixes la massa i la velocitat. La fórmula general de la energia cinètica està donada per:
Per entendre millor aquesta equació, és útil explicar els termes:
- Ec: Representa l'energia cinètica, mesurada als juliols (J).
- m: És la massa de l'objecte, mesurada en quilograms (kg).
- v: Correspon a la velocitat de l'objecte, mesurada en metres per segon (m/s).
Com es pot observar, lenergia cinètica és proporcional a la massa, però depèn del quadrat de la velocitat, la qual cosa significa que duplicar la velocitat dun objecte quadruplica la seva energia cinètica.
A més, l'energia cinètica d'un objecte sempre pot ser positiva o, com a mínim, igual a zero si l'objecte està en repòs.
Acceleració i fregament a l'energia cinètica
L'energia cinètica no actua per si sola a l'univers. Sovint està influenciada per altres forces, principalment la força de fregament i l'acceleració.
Quan apliquem una força a un objecte, aquest comença a accelerar-se. A mesura que augmenta la velocitat, també ho farà la seva energia cinètica. Tot i això, si deixem d'aplicar força, altres factors, com el fregament de l'aire o el contacte amb el terra, començaran a desaccelerar l'objecte. Aquest procés redueix la seva energia cinètica fins que finalment l'objecte s'atura.
Per això, el coneixement de les forces de fregament és fonamental per comprendre el comportament d'un objecte en moviment. Per exemple, en conduir un cotxe, l'energia cinètica de les rodes interactua constantment amb el terra, cosa que determina la quantitat de potència necessària per mantenir el cotxe en moviment.
Fórmula de lenergia cinètica: aplicació en mecànica clàssica i relativista
A la mecànica clàssica, les velocitats involucrades estan molt per sota de la velocitat de la llum. En aquest cas, la fórmula Ec = ½ mv² és perfectament vàlida per calcular lenergia cinètica dun objecte.
No obstant això, en la mecànica relativista, cal tenir en compte els efectes de la teoria de la relativitat especial d'Einstein, quan els objectes es mouen a velocitats properes a la llum. En aquesta situació, la forma clàssica de la fórmula no és exacta, i es fa servir una versió més complexa derivada de la famosa equació d'Einstein E=m².
Exemples d'energia cinètica
- Una pilota llançada: Quan llences una pilota, li dónes energia cinètica. La quantitat denergia depèn de la velocitat de la pilota i la seva massa.
- Un cotxe en moviment: Un automòbil en circulació té energia cinètica, que dependrà de la massa i la velocitat. En frenar, l'energia cinètica es dissipa, principalment a través del fregament dels frens i els pneumàtics amb el terra.
- Muntanyes russes: En pujar una muntanya russa, els vagons emmagatzemen energia potencial, la qual es converteix en energia cinètica a mesura que el vagó baixa per les arracades.
- Pedres caient: Un objecte que cau des de certa altura va guanyant energia cinètica a mesura que accelera. Aquest tipus de moviment acumulat és usat en múltiples experiments físics i exemples del món real.
L'energia cinètica juga un paper crucial en innombrables situacions quotidianes i és fonamental per entendre com interactuen els objectes en moviment al nostre món. Des del moviment més simple d'una pilota fins a l'estudi dels electrons a la física quàntica, tot està connectat per les lleis que regeixen aquesta forma d'energia.
No em va servir res tot el que volia era saber com es calcula l'energia cinètica tot el que deia el text ja ho se