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Tipos de Energia

Ejemplos y Experimentos de la Energía Cinética Traslacional

Energía Cinética Traslacional

La energía cinética traslacional es uno de los tres tipos de energía cinética que existe. Un término que a menudo plantea dudas o es objeto de confusión. También puedes leer este artículo sobre la rotacional, otro tipo de energía cinética.

Este texto pretende abordar cuestiones esenciales  como el modo en  que la empleamos, las aplicaciones prácticas que de ella se obtienen  y la forma en la que ha cambiado nuestras vidas.

Qué es la energía cinética traslacional

  • La energía cinética de traslación se presenta en el caso de que las partes de un objeto sigan una misma dirección

Cómo calcular energía cinética de traslación

Las ecuaciones de energía cinética de traslación y rotación son formalmente iguales.

  • Traslación: Ec = 1/2 m V² (V = velocidad lineal)
  • Rotación: Ec = 1/2 I ω² (ω = velocidad angular)

Donde:

  • m = masa: oposición al cambio de velocidad lineal.
  • I = momento de inercia: oposición al cambio de velocidad angular
  • Las dos se miden en joules o julios (J)

A continuación vamos a responder a un problema acerca de cuál es la energía cinética de traslación cuando una moneda de 15 cm con una masa de 10 g rueda por un plano inclinado con una velocidad  de 4rps en un instante.

En el momento que  la moneda desciende rodando por el plano inclinado, está sometida a dos tipos de movimiento:

1. Movimiento de traslación

2. Movimiento de rodadura

En ambos casos se genera  una energía cinética asociada a su movimiento.

La energía cinética de traslación se calcula mediante la fórmula:

Ec = 1/2 m * V2

La energía cinética de la rodadura se calcula mediante la fórmula:

Ec = 1/2 * I * w2

¿Cómo se soluciona el ejercicio?
r = 15 cm = 0,15 m
m = 10 g = 0,01 kg
w = 4 rev/0s * 2 pi / rev = 25,13 rad / s

V = w r = 25,13 rad/s * 0,15 m = 3,77 m/s

La Energía Cinética de Traslación es:

Ec = 1/2 * 0,01 kg * ( 3,77 m/s )2 = 0,071 joules

Ejemplos de la energía cinética traslacional

Como venimos diciendo, un objeto tiene energía cinética de traslación cuando todas sus partes siguen una misma dirección como por ejemplo:

Una canica en un plano inclinado que gira conforme al movimiento de deslizamiento interrumpido por la fricción, si bien este ayuda a que el cuerpo gire sobre su propio eje

Un objeto que esté suspendido a cierta altura, cuando es soltado, transforma su energía potencial gravitatoria en energía cinética traslacional:

  • Pensemos que el desplazamiento de una piedra cuesta arriba de una montaña va a precisar fuerza y destreza, sobre todo cuando la piedra cuenta con una gran masa
  • Por el contrario, su descenso será rápido debido a la fuerza que la gravedad ejerce sobre su cuerpo. Así, según aumenta la aceleración, aumenta el coeficiente de energía cinética
  • Mientras la masa de la piedra sea mayor y sea constante la aceleración, el coeficiente de energía cinética será proporcionalmente mayor

Explicación sobre la Energía Cinética

Energía de tipo cinético traslacional para niños

No existe ninguna duda de que los conocimientos de ciencias forman parte esencial de la educación de los niños. Además, dadas los delicados momentos por los que está atravesando la salud de nuestro planeta,  los mismos cobran una especial importancia.

No en vano, los niños de hoy constituyen la siguiente generación que habrá de asumir el reto de afrontar decisiones encaminadas a paliar los estragos que decenas de años de acciones absolutamente desafortunadas han causado sobre la Tierra.

Por esta razón, resultaría de lo más interesante que su educación abarcara nociones relativas a los distintos tipos de energía que les ayuden a tomar decisiones bastante más acertadas bajo un prisma ecológico.

Concienciar a estos pequeños de la importancia de familiarizarse con tales conceptos resultará bastante más sencillo cuanto más amenas resulten las explicaciones recibidas, que pueden incluir entretenidos experimentos para que conozcan su perspectiva práctica.

En el campo de las energías, es fundamental que conozcan tanto las virtudes de las llamadas energías alternativas o limpias frente a las nocivas energías contaminantes, como el funcionamiento de aquellas otras, como la que estamos explicando, que puedan resultarles bastante abstractas a priori.

Experimentos relacionados con cinética traslacional

Ahora  vamos a sugerir la realización de un  interesante y divertido experimento doméstico con la energía en forma de movimiento traslacional,   que podréis realizar en el exterior de vuestra casa  (adoptando siempre las debidas medidas de precaución).

Transferencia de energía con dos pelotas

El objetivo de este experimento se basa en aprender distintas cosas sobre la energía, al tiempo que facilita la comprensión de distintos conceptos relacionados con la misma, tales como su transferencia y conservación.

Materiales necesarios:

  • 2 pelotas (una grande como de fútbol o baloncesto y otra pequeña como de tenis o ping pong). La combinación baloncesto- tenis funciona bastante bien
  • Un lugar al aire libre. No intentes realizar este experimento en casa dado que la pelota pequeña va a salir disparada por los aires y alcanzará una altura considerable

Pasos a seguir:

  • Deja caer las 2 pelotas, desde la misma altura y por separado. Observa la altura que alcanzan cuando rebotan
  • A continuación coloca la pelota pequeña sobre la grande mientras sujetas una con cada mano. Deja que caigan a la vez. Quizás no te salga a la primera, pues requiere algo de práctica
  • Observa el rebote y corre en busca de la pelota pequeña para repetir el experimento

¿Qué va a pasar?

Ya sabemos que el Principio de Conservación de la Energía dice que “la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma”.

En primer lugar estudiemos  las transformaciones de energía que se ocasionan cuando dejamos caer al suelo una sola pelota.

Antes de comenzar a caer, la pelota cuenta con energía potencial gravitatoria. Al caer va perdiendo altura y, por tanto, la potencial gravitatoria disminuye, transformándose en energía cinética. A la par, la cinética se va convirtiendo en:

  • Calor, que se debe al rozamiento de la pelota con el aire según va cayendo
  • Sonido, cuando suena ¡bang! contra el suelo
  • Calor, que se debe al rozamiento con el suelo cuando se produce el choque
  • Energía, que permite la deformación de la pelota cuando impacta contra el suelo. La descrita se trata de energía potencial elástica
  • Calor, que se debe a las deformaciones producidas en la pelota

Tras el choque, la pelota vuelve a su forma original y sube, rebotando. La energía potencial elástica se transforma en cinética y esta última, a medida que va subiendo la pelota, se transforma en energía potencial gravitatoria y en calor, al rozar con el aire.

Todas estas transformaciones imposibilitan que la pelota rebote hasta la misma altura desde la que la dejaste caer.

En segundo lugar estudiemos lo que sucede cuando las dos pelotas caen juntas, es decir, la pequeña sobre la grande.

La pelota grande alcanza una altura menor de rebote que cuando la dejaste caer sola. Por el contrario, la pelota pequeña sale disparada alcanzando una altura muy superior, como prueba de que la pelota grande transfiere parte de su energía a la pequeña.

La pelota grande choca contra el suelo, rebota y golpea a la pequeña, cediendo de este modo parte de su energía cinética.  Tal energía adicional resulta muy grande en comparación con la energía poseída por la pelota pequeña, mandándola por los aires a toda velocidad.

Vídeo sobre la energía cinética traslacional:

Fuentes y Referencias

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Ejemplos y Experimentos de la Energía Cinética Traslacional
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