Energía

La energía es la capacidad para realizar un trabajo, esta puede ser mecánica (si a un resorte estirado se lo dejan en libertad, realiza un trabajo), química (la ebullición del agua en un recipiente produce el vapor que se expande por acción de la presión); eléctrica (una batería permitirá poner en funcionamiento un motor); solar (el calor que llega del Sol, proyectado sobre planchas, pude transformarse en energía para uso como calefacción).

La energía mecánica puede ser: potencial (depende de la posición y de la forma) y cinética (de movimiento).

Ejemplo:

Un cuerpo que se deja caer desde cierta altura tiene energía potencial; un automóvil que lleva cierta velocidad requiere, para detenerlo, la acción de otra fuerza, que se desplazará por lo que realiza un trabajo; entonces posee energía cinética. La energía se mide por el trabajo que el cuerpo puede realizar.

Energía cinética

En un sistema físico, la energía cinética de un cuerpo es energía que surge en el fenómeno del movimiento. Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee.

Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su rapidez o su masa. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra  o  (a veces también T o K).

Energía cinética de una partícula

En mecánica clásica, la energía cinética de un objeto puntual (un cuerpo tan pequeño que su dimensión puede ser ignorada), o en un sólido rígido que no rote, está dada en la ecuación  donde m es la masa y v es la rapidez (o velocidad) del cuerpo. Se considera la consecuencia de la acción de una fuerza, por que cuando una fuerza externa actúa sobre una partícula o un sistema de partículas en equilibrio produce un cambio en la energía cinética.

En mecánica clásica la energía cinética se puede calcular a partir de la ecuación del trabajo y la expresión de una fuerza F dada por la segunda ley de Newton:

La energía cinética se incrementa con el cuadrado de la rapidez. Así la energía cinética es una medida dependiente del sistema de referencia. La energía cinética de un objeto está también relacionada con su momento lineal:

Energía cinética en diferentes sistemas de referencia

En la mecánica clásica, la energía cinética de una masa puntual depende de su masa m y sus componentes del movimiento. Se expresa en Joules (J). . Estos son descritos por la velocidad v de la masa puntual, así:
En un sistema de coordenadas especial, esta expresión tiene las siguientes formas:
Coordenadas cartesianas (x, y, z):

Coordenadas polares (r,φ):

Coordenadas cilíndricas (r,φ,z):

Coordenadas esféricas (r,φ,θ):

Con eso el significado de un punto en una coordenada y su cambio temporal se describe como la derivada temporal de su desplazamiento:

En un formalismo Hamiltoniano no se trabaja con esas componentes del movimiento, o sea con su velocidad, si no con su impulso p (cambio en la cantidad de movimiento). En caso de usar componentes cartesianas obtenemos:

Unidades

Son las mismas que para trabajo, pues que la energía se mide por la capacidad de producir trabajo que tiene el cuerpo: en el sistema técnico, el kilopondio (kp); en el sistema MKS el julio (J) y en el sistema cgs, el ergio (erg).

Unidades y conversiones