Energía
A menudo hablamos de energía en nuestro día a día. Puede ser la energía que tenemos o no tenemos. O la energía utilizada para alimentar nuestros hogares y automóviles. Pero, ¿qué es la energía? Una forma de describir la energía es describiendo el movimiento que un objeto está experimentando o experimentará. Usando esta explicación de la energía, tiene sentido que la fórmula para calcular la energía cinética use velocidad o rapidez. La energía cinética se puede definir como la energía que tiene un objeto debido al movimiento de ese objeto.
Entonces, para calcular la energía, necesitamos conocer la velocidad de un objeto.
Cálculos de velocidad
La velocidad es la rapidez con la que (en segundos, minutos u horas) recorremos una distancia determinada (en metros, millas o pies). Para calcular la velocidad, tomamos el cambio en la distancia ( x ) dividido por el cambio en el tiempo ( t ):
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¿Qué es la transformación de la energía?
Digamos que estaba conduciendo a la casa de su amigo. Empezaste a las 9:30 y llegaste a las 9:50. Y sabes que está a 15 millas de distancia. ¿Cuál es la velocidad promedio que conducía?
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Entonces, conducía a 50 millas por hora (mph) en promedio.
Ahora veamos esta ecuación de manera un poco diferente. Digamos que sabe que el límite de velocidad en la autopista es de 75 mph, y tiende a superar el límite de velocidad en promedio. Tiene otras 50 millas antes de su salida. ¿Cuánto tiempo tardarás en llegar a la salida?
Para resolver esta ecuación, necesitamos reorganizar un poco la fórmula:
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Ahora podemos conectar la información que tenemos:
¿Qué es la Ecuación de la Energía en Termodinámica?
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Tardará 40 minutos en llegar a su salida.
Energía cinética
Ahora que sabemos cómo calcular la velocidad, podemos comprender mejor cómo calcular los problemas de energía cinética. La fórmula de la energía cinética ( KE ) es la mitad de la masa ( m ) multiplicada por la velocidad ( v ) al cuadrado:
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Normalmente, la energía cinética se mide en julios (J), que es igual a un kilogramo por un metro cuadrado dividido por un segundo al cuadrado:
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Esto nos dice que necesitamos que nuestras unidades estén en kilogramos y metros. Si la masa no está en kilogramos, asegúrese de convertirla a kilogramos. Y asegúrese de convertir la velocidad en metros por segundo (m / s).
Ahora tomemos el ejemplo anterior, con el automóvil, y determinemos la energía cinética del automóvil que circula por la autopista. Va a 75 mph, lo que equivale a 34 m / sy el peso promedio de un automóvil es de aproximadamente 1800 kilogramos.
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Entonces, la energía cinética de este automóvil es 1.0 mJ (un megajulio, mJ, es igual a un millón de julios).
Energía potencial
Otro tipo de energía se llama energía potencial o energía debida a la posición de un objeto. La mejor manera de pensar en la energía potencial es pensar en ti sosteniendo una piedra por la ventana de un gran rascacielos. Si dejas caer esa roca, caerá (energía cinética) pero actualmente no se mueve. Dado que la energía nunca se crea ni se destruye, ¿de dónde proviene esa energía cinética? Antes de que se caiga la roca, está en forma de energía potencial.
La energía potencial ( PE ) es igual a la masa ( m ) del objeto multiplicada por la aceleración debida a la gravedad ( g ) multiplicada por la altura ( h ) del objeto.
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Si la roca del ejemplo anterior tiene una masa de 2,3 kg, la ventana del rascacielos está a 550 metros del suelo y sabemos que la aceleración debida a la gravedad es 9,8 m / s ^ 2, entonces podemos calcular la energía potencial:
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La energía potencial de esta roca es 12 kJ (un kilojulio, kJ, es igual a 1000 julios).
Energía potencial y cinética
El cambio en la energía potencial más la energía cinética siempre es igual a cero. En otras palabras, la energía cinética inicial más la energía potencial inicial es igual a la energía cinética final más la energía potencial final. Echemos un vistazo a esta roca nuevamente. Queremos saber cuál será la velocidad de la roca justo antes de que golpee el suelo, en este punto toda la energía potencial se ha convertido en energía cinética.
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Podemos reorganizar la fórmula de energía cinética, de antes, para resolver la velocidad en lugar de la energía cinética:
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Entonces podemos resolver la velocidad:
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¡La velocidad de la roca en el momento en que golpea el suelo supera los 100 metros por segundo!
También podemos determinar la velocidad de la roca en lugares específicos a lo largo de la caída. A mitad de camino del rascacielos, oa 275 metros de altura, ¿cuál será la velocidad de la roca?
Primero, necesitamos determinar la energía potencial en este punto:
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La energía potencial es 6.2 kJ.
A continuación, podemos resolver la energía cinética final utilizando la fórmula de energía cinética y potencial inicial y final:
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Podemos reorganizar esta fórmula para resolver la energía cinética final:
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La energía cinética a la mitad del rascacielos es igual a 5,8 kJ. A partir de aquí podemos determinar la velocidad como antes:
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La velocidad de la roca a la mitad del rascacielos es de 71 m / s.
Resumen de la lección
Podemos calcular la velocidad , o rapidez, de un objeto dividiendo el cambio en la distancia por el cambio en el tiempo. Esto se puede usar para calcular la energía cinética de un objeto tomando la velocidad al cuadrado por la masa por la mitad.
La energía potencial es la energía debida a la posición. Toda la energía potencial se convertirá en energía cinética al final.
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