La energia cinètica és l'energia associada amb el moviment i la energia potencial és lenergia relacionada amb la posició en un sistema. En termes generals, l'energia representa la capacitat d'un objecte o sistema per fer feina. Hi ha dos tipus fonamentals denergia: la cinètica i la potencial. Qualsevol altra forma denergia es deriva daquestes dues, o bé és una combinació de totes dues. Per exemple, la energia mecànica és la suma de lenergia cinètica i lenergia potencial dun sistema.
En aquest article aprofundirem en tot el que cal saber sobre l'energia cinètica i l'energia potencial, com funcionen, les seves característiques, exemples i tipus. A més, aprendràs com interactuen aquestes dues formes d'energia i es transformen entre si sota diferents circumstàncies.
Energia cinètica i potencial
energia cinètica
L'energia cinètica és l'energia associada al moviment dels objectes. Qualsevol cosa que s'estigui movent té energia cinètica, i la quantitat depèn de dos factors principals: la massa de l'objecte i la velocitat. Com més gran sigui la massa o major la velocitat, més alta serà l'energia cinètica.
Al Sistema Internacional (SI), l'energia cinètica es mesura en juliols (J). En termes matemàtics, la fórmula per calcular-la és:
Ec = 1/2 m * v^2,
on:
- m és la massa de l'objecte en quilograms (kg).
- v és la velocitat de l'objecte en metres per segon (m/s).
És a dir, la energia cinètica és proporcional a la massa de l'objecte i al quadrat de la velocitat. Això significa que un augment en la velocitat té un efecte més gran en l'energia cinètica que un augment en la massa.
Exemples d'energia cinètica
- Joc de bitlles: Quan una persona llança una bola, aquesta adquireix energia cinètica. La quantitat denergia depèn de la velocitat i el pes de la bola.
- vent: El vent és aire en moviment. L'energia cinètica del vent es pot convertir en electricitat mitjançant turbines eòliques.
- calor: L'energia tèrmica és la forma microscòpica d'energia cinètica on les partícules d'un sistema es mouen a nivell molecular quan s'escalfen.
energia potencial
L'energia potencial, a diferència de l'energia cinètica, és l'energia emmagatzemada en un objecte per la seva posició o configuració. Aquesta energia està «latent» fins que s'allibera mitjançant algun tipus d'interacció com ara una caiguda, un estirament d'un ressort o una descàrrega elèctrica.
Com l'energia cinètica, l'energia potencial també es mesura al juliol (J). Una de les formes més comunes denergia potencial és la energia potencial gravitatòria, que està relacionada amb lalçada dun objecte en un camp gravitatori.
La fórmula per calcular lenergia potencial gravitatòria és:
Ep = mgh,
on:
- m és la massa de lobjecte en quilograms.
- g és l'acceleració deguda a la gravetat (9,8 m/s² a la Terra).
- h és l'alçada en metres.
Exemples d'energia potencial
- Ressort estirat o comprimit: Un ressort emmagatzema energia potencial elàstica. Quan el ressort es deixa anar, l'energia potencial es converteix en energia cinètica.
- Preses: L'aigua emmagatzemada a una presa té energia potencial gravitatòria. Aquesta es converteix en energia cinètica quan cau cau i fa girar turbines per generar electricitat.
- Arc i fletxa: L'energia potencial elàstica s'emmagatzema quan es tiba un arc. En deixar anar la corda, aquesta energia es converteix en energia cinètica que propulsa la fletxa.
Com funciona l'energia cinètica
Perquè un objecte adquireixi moviment i, per tant, energia cinètica, cal aplicar-ne una força externa. Com més força i temps s'apliqui, més gran serà la seva velocitat, i per tant, més gran serà la seva energia cinètica. Així mateix, si la massa dun cos és més gran, tindrà més energia cinètica en comparació amb un cos més petit que es mou a la mateixa velocitat.
Una característica important de lenergia cinètica és que pot transferir-se d'un cos a l'altre. Per exemple, quan un cotxe en moviment xoca amb un altre, part de la seva energia cinètica es transfereix al segon cotxe, cosa que pot fer que aquest també es mogui.
Característiques de lenergia cinètica
- És una manifestació de lenergia associada al moviment.
- Es pot transferir d'un objecte a un altre.
- Pots transformar-se en altres formes d'energia, com ara energia tèrmica quan es produeix fricció.
- La magnitud depèn de la massa i la velocitat de l'objecte.
La suma de lenergia cinètica i lenergia potencial d'un sistema és el que es coneix com energia mecànica. Ambdós tipus denergia es poden convertir entre si, depenent de les condicions del sistema.
Tipus d'energia potencial
Energia potencial gravitacional
La energia potencial gravitacional és l'energia que té un objecte degut a la seva alçada en un camp gravitacional. Com més gran sigui l'alçada d'un objecte, més gran serà la seva energia potencial gravitacional.
Un exemple clàssic és el duna muntanya russa. Quan el tren és al cim, té una gran quantitat d'energia potencial. A mesura que baixa, aquesta energia es converteix en energia cinètica.
Energia potencial elàstica
La energia potencial elàstica és l'energia emmagatzemada en objectes que poden ser estirats o comprimits, com ara un ressort o una goma elàstica. En alliberar la tensió, aquesta energia es converteix ràpidament en energia cinètica.
Energia potencial química
La energia potencial química s'emmagatzema als enllaços de les molècules i àtoms. Aquesta energia s'allibera durant una reacció química, com quan cremem combustibles fòssils o quan el cos humà fa servir glucosa per produir energia.
Energia potencial electrostàtica
Al camp de l'electricitat, la energia potencial electrostàtica és lenergia emmagatzemada en partícules elèctricament carregades a causa de la seva posició en un camp elèctric. Aquesta energia es pot convertir en altres tipus, com l'energia lumínica o tèrmica, com passa als circuits elèctrics.
Les energies cinètica i potencial són fonamentals per entendre com funciona el món físic. És gràcies a la interacció entre aquests dos tipus denergia que podem explicar fenòmens tan variats com el vol dun avió, el flux dun riu o fins i tot el funcionament dun automòbil.