Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Energía cinética


La energía cinética es un concepto fundamental en física, particularmente en mecánica clásica. Describe la energía que un objeto posee debido a su movimiento. La idea es intuitiva y puede verse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un coche en movimiento, un avión en vuelo, o un río fluyendo, todos tienen energía cinética. Esta energía depende de dos factores principales: la masa del objeto y su velocidad.

Comprendiendo la energía cinética

La fórmula para calcular la energía cinética (EC) es:

EC = 1/2 * m * v^2

Donde:

  • m es la masa del objeto (medida en kilogramos).
  • v es la velocidad del objeto (medida en metros por segundo).

Esta fórmula nos dice que la energía cinética es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado de su velocidad. Esto significa que si duplicas la masa, la energía cinética se duplica. Sin embargo, si duplicas la velocidad, la energía cinética aumenta cuatro veces.

Entendamos esto con algunos ejemplos.

Ejemplo visual

Considere un escenario simple donde una bola está rodando cuesta abajo. Digamos que la bola tiene una masa de 2 kilogramos y está rodando a una velocidad de 3 metros por segundo.

EC = 1/2 * 2 kg * (3 m/s)^2 = 1/2 * 2 * 9 = 9 julios

Esto significa que la bola tiene 9 julios de energía cinética.

Masa = 2 kg Velocidad = 3m/s

Ahora, supongamos que tienes una bola más pesada que pesa 3 kilogramos rodando por la misma colina a una velocidad constante de 3 metros por segundo.

EC = 1/2 * 3 kg * (3 m/s)^2 = 1/2 * 3 * 9 = 13.5 julios

La energía cinética ha aumentado porque la masa ha aumentado.

Masa = 3 kg Velocidad = 3m/s

Ahora imagina que la bola original de 2 kilogramos ahora se mueve a una velocidad de 6 metros por segundo.

EC = 1/2 * 2 kg * (6 m/s)^2 = 1/2 * 2 * 36 = 36 julios

Un aumento en la velocidad tiene un gran efecto en la energía cinética. Esto destaca por qué la velocidad se eleva al cuadrado en la ecuación.

Masa = 2 kg Velocidad = 6m/s

Ejemplos textuales

Para comprender mejor los valores calculados, veamos más escenarios diferentes:

Ejemplo 1: Energía cinética de un coche
Imagina un coche que pesa 1000 kg y se mueve a una velocidad de 20 m/s. La energía cinética se calculará de la siguiente manera:

EC = 1/2 * 1000 kg * (20 m/s)^2 = 0.5 * 1000 * 400 = 200,000 julios

Esto muestra que el coche tiene una gran cantidad de energía cinética debido a su considerable masa y velocidad.

Ejemplo 2: Energía cinética de un corredor
Considere un corredor con una masa de 70 kg que está corriendo a una velocidad de 8 m/s.

EC = 1/2 * 70 kg * (8 m/s)^2 = 0.5 * 70 * 64 = 2,240 julios

Aunque el corredor es mucho más liviano que el coche, su energía es mucho mayor debido a su velocidad.

Energía cinética en la vida diaria

La energía cinética juega un papel importante en una variedad de aplicaciones y fenómenos del mundo real:

  • Transporte: Todos los tipos de vehículos, desde bicicletas hasta aviones, dependen de la energía cinética. Su diseño a menudo se centra en gestionar y utilizar eficazmente esta energía para maximizar la eficiencia y el rendimiento.
  • Deportes y atletismo: Muchos deportes requieren que los atletas gestionen su energía cinética corriendo, saltando, lanzando o golpeando. La capacidad de transferir energía eficientemente puede ser la diferencia entre ganar y perder.
  • Generación de energía: Los aerogeneradores convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica, representando una aplicación directa de la energía cinética en la tecnología de energía renovable.
  • Parques de atracciones: Las montañas rusas y otros juegos están diseñados para gestionar la energía cinética mientras pasan de formas de energía potencial a cinética durante el recorrido.

Conservación de la energía cinética

En sistemas aislados, particularmente en colisiones elásticas, la energía cinética se conserva. Esto significa que la energía cinética total permanece igual antes y después de la colisión. Sin embargo, en colisiones inelásticas, parte de la energía cinética se convierte en otras formas de energía, como calor o sonido, y por lo tanto no se conserva.

Energía cinética y energía potencial

La energía cinética a menudo trabaja junto con la energía potencial. La energía potencial es la energía almacenada en un objeto debido a su posición o configuración. Por ejemplo, una bola colocada a cierta altura tiene energía potencial gravitatoria. Cuando la bola es liberada, la energía potencial se transforma en energía cinética a medida que la bola cae, aumentando su velocidad.

Energía Potencial (EP) = m * g * h

Donde:

  • m es la masa del objeto (en kilogramos).
  • g es la aceleración debido a la gravedad (9.8 m/s² en la Tierra).
  • h es la altura sobre el punto de referencia (en metros).

Resolviendo un problema del mundo real con energía cinética

Comprender la energía cinética es importante para resolver muchos problemas del mundo real. Los ingenieros a menudo la utilizan para determinar las fuerzas requeridas para mover objetos, mejorar las características de seguridad de los vehículos, o diseñar mejor equipos deportivos. Sus principios son indispensables en la investigación y desarrollo en muchos campos.

Resumen

La energía cinética, al ser una medida de la energía del movimiento, es un concepto esencial en física y en nuestro mundo cotidiano. Forma la base de innumerables aplicaciones prácticas, desde la dinámica de vehículos hasta la comprensión de fenómenos naturales. Al comprender la fórmula EC = 1/2 * m * v^2 y observar sus efectos en escenarios prácticos, obtenemos una mejor comprensión de cómo se utiliza y gestiona el movimiento en nuestro universo.


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