¿Qué es la 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.
Definimos la cantidad:
K = ½ mv 2
ser la energía cinética traslacional del objeto. Debe agregarse, se llama energía cinética “traslacional” para distinguirla de la energía cinética rotacional.
Ejemplos de energía cinética.
Solución:
Esta es una colisión frontal elástica de dos objetos con masas desiguales . Tenemos que usar las leyes de conservación del momento y de la energía cinética, y aplicarlas a nuestro sistema de dos partículas.
Podemos resolver este sistema de ecuaciones o podemos usar la ecuación derivada en la sección anterior. Esta ecuación establece que la velocidad relativa de los dos objetos después de la colisión tiene la misma magnitud (pero dirección opuesta) que antes de la colisión, sin importar cuáles sean las masas.
El signo menos para v ‘nos dice que el neutrón se dispersa hacia atrás del núcleo de carbono, porque el núcleo de carbono es significativamente más pesado. Por otro lado, su velocidad es menor que su velocidad inicial. Este proceso se conoce como moderación de neutrones y depende significativamente de la masa de núcleos moderadores.
Bloque deslizándose por una pendiente inclinada sin fricción
El bloque de 1 kg comienza a una altura H (digamos 1 m) sobre el suelo, con energía potencial mgH y energía cinética que es igual a 0. Se desliza hacia el suelo (sin fricción) y llega sin energía potencial y energía cinética. K = ½ mv 2 . Calcule la velocidad del bloque en el suelo y su energía cinética.
E mech = U + K = constante
=> ½ mv 2 = mgH
=> v = √2gH = 4.43 m / s
=> K 2 = ½ x 1 kg x (4.43 m / s) 2 = 19.62 kg.m 2 .s -2 = 19.62 J
Péndulo
Suponga un péndulo (bola de masa m suspendida en una cuerda de longitud L que hemos levantado para que la bola esté a una altura H <L por encima de su punto más bajo en el arco de su movimiento de cuerda estirada. El péndulo está sujeto al conservador fuerza gravitacional donde las fuerzas de fricción como el arrastre de aire y la fricción en el pivote son insignificantes.
Lo liberamos del reposo. ¿Qué tan rápido va en la parte inferior?
El péndulo alcanza la mayor energía cinética y la menor energía potencial cuando está en posición vertical , porque tendrá la mayor velocidad y estará más cerca de la Tierra en este punto. Por otro lado, tendrá la menor energía cinética y la mayor energía potencial en las posiciones extremas de su oscilación, porque tiene velocidad cero y está más lejos de la Tierra en estos puntos.
Si la amplitud se limita a pequeñas oscilaciones, el período T de un péndulo simple, el tiempo necesario para un ciclo completo, es:
donde L es la longitud del péndulo yg es la aceleración local de la gravedad. Para columpios pequeños, el período de columpio es aproximadamente el mismo para columpios de diferentes tamaños. Es decir, el período es independiente de la amplitud .
Ejemplo: energía cinética de protón
Un protón ( m = 1.67 x 10 -27 kg ) viaja a una velocidad v = 0.9900c = 2.968 x 10 8 m / s . ¿Cuál es su energía cinética ?
Según un cálculo clásico, que no es correcto, obtendríamos:
K = 1 / 2mV 2 = ½ x (1,67 x 10 -27 kg) x (2.968 x 10 8 m / s) 2 = 7,355 x 10 -11 J
Con la corrección relativista, la energía cinética relativista es igual a:
K = (ɣ – 1) mc 2
donde el factor de Lorentz
ɣ = 7.089
por lo tanto
K = 6.089 x (1.67 x 10 -27 kg) x (2.9979 x 10 8 m / s) 2 = 9.139 x 10-10 J = 5.701 GeV
Esto es aproximadamente 12 veces más energía que en el cálculo clásico. De acuerdo con esta relación, una aceleración de un haz de protones a 5.7 GeV requiere energías que son diferentes en el orden.
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