Fórmula de energía cinética
La energía cinética, K , se define como la energía almacenada en un objeto debido a su movimiento. Un objeto en movimiento tiene la capacidad de hacer trabajo y, por lo tanto, se puede decir que tiene energía. Se llama energía cinética, de la palabra griega kinetikos, que significa “movimiento”.
La energía cinética depende de la velocidad de un objeto y es la capacidad de un objeto en movimiento para trabajar en otros objetos cuando choca con ellos. Por otro lado, la energía cinética de un objeto representa la cantidad de energía requerida para aumentar la velocidad del objeto desde el reposo (v = 0) hasta su velocidad final. La energía cinética también depende linealmente de la masa, que es una medida numérica de la inercia del objeto y la medida de la resistencia de un objeto a la aceleración cuando se aplica una fuerza.
Fórmula de energía cinética :
K = ½ mv 2
Es la energía cinética traslacional del objeto. Debe agregarse, se llama energía cinética “traslacional” para distinguirla de la energía cinética rotacional.
Fórmula de energía cinética relativista versus no relativista
La relación previa entre el trabajo y la energía cinética se basa en las leyes del movimiento de Newton . Cuando generalizamos estas leyes de acuerdo con el principio de relatividad, necesitamos una generalización correspondiente de la ecuación para la energía cinética . Si la velocidad de un objeto está cerca de la velocidad de la luz, es necesario utilizar una mecánica relativista para calcular su energía cinética .
En mecánica clásica , la energía cinética y el momento se expresan como:
La derivación de sus relaciones relativistas se basa en la relación relativista energía-momento:
Se puede derivar, la energía cinética relativista y el momento relativista son:
El primer término ( ɣmc 2 ) de la energía cinética relativista aumenta con la velocidad v de la partícula. El segundo término ( mc 2 ) es constante; Se llama energía en reposo (masa en reposo) de la partícula, y representa una forma de energía que tiene una partícula incluso cuando está a velocidad cero . Cuando la velocidad de un objeto se acerca a la velocidad de la luz, la energía cinética se acerca al infinito . Es causada por el factor Lorentz , que se acerca al infinito para v → c . Por lo tanto, la velocidad de la luz no puede ser alcanzada por ninguna partícula masiva.
El primer término (ɣmc 2 ) se conoce como la energía total E de la partícula, porque es igual a la energía en reposo más la energía cinética:
E = K + mc 2
Para una partícula en reposo, es decir, K es cero, por lo que la energía total es su energía en reposo:
E = mc 2
Este es uno de los resultados sorprendentes de la teoría de la relatividad de Einstein es que la masa y la energía son equivalentes y convertibles una en la otra. La famosa fórmula E = mc 2 describe la equivalencia de la masa y la energía . Este resultado ha sido confirmado experimentalmente innumerables veces en física de partículas nucleares y elementales. Por ejemplo, vea Producción de pares de positrones-electrones o Conservación de energía en reacciones nucleares .
Ver también: masa relativista
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