L'energia cinètica i l'energia potencial són dos tipus d'energia fonamentals que s'interrelacionen en els objectes. La suma daquestes dues formes denergia es diu energia mecànica. Si no hi ha pèrdua denergia cap a lambient extern, lenergia mecànica dun sistema roman constant. La unitat de mesura de l'energia al Sistema Internacional d'Unitats (SI) és el Joule (J).
Aquestes energies es poden convertir en altres formes, com energia tèrmica, elèctrica o sonora. Tot i això, l'estudi de la interacció entre l'energia cinètica i l'energia potencial és essencial per a l'anàlisi del moviment dels cossos.
Què és lenergia cinètica?
Lenergia cinètica és lenergia associada al moviment dun cos. En termes físics, és equivalent al treball necessari per accelerar un objecte des del repòs fins a la velocitat actual. Com més gran sigui la velocitat i la massa de l'objecte, més gran serà la seva energia cinètica.
L'energia cinètica es pot calcular mitjançant la fórmula següent:
On:
-
(\E_c \)és l'energia cinètica (J);
-
\(m\)és la massa de l'objecte (kg);
-
\(v\) és la velocitat de l'objecte (m/s).
Què és lenergia potencial?
L'energia potencial és l'energia emmagatzemada en un cos per la seva posició o configuració. Aquest tipus denergia es pot convertir en altres formes, com lenergia cinètica. Els tipus més comuns denergia potencial són:
-
Energia potencial gravitacional : relacionada amb l'alçada d'un objecte en un camp gravitacional. Calculat per la fórmula:
\[E_p = mgh\]On m és la massa (kg), g és l'acceleració de la gravetat (9,8 m/s²) i h és l'alçada (m).
-
Energia potencial elàstica : emmagatzemada en ressorts deformats o bandes de goma.
Diferència entre energia cinètica i energia potencial
La principal diferència entre l'energia cinètica i l'energia potencial és a l'origen:
- L'energia cinètica està lligada al moviment : un cos estacionari no té energia cinètica. Augmenta a mesura que augmenta la velocitat de lobjecte.
- L'energia potencial està vinculada a la posició o configuració de l'objecte : un objecte elevat a una determinada altura té energia potencial que es pot convertir en energia cinètica quan cau.
A més, l'energia cinètica sempre és positiva, ja que depèn del quadrat de la velocitat, mentre que l'energia potencial pot ser positiva o negativa, depenent del sistema de referència adoptat. Una altra diferència important és que l'energia potencial es pot emmagatzemar i utilitzar posteriorment, mentre que l'energia cinètica sempre està associada al moviment immediat del cos.
En molts sistemes físics hi ha una conversió constant entre aquests dos tipus denergia. Per exemple, en un pèndol oscil·lant, l'energia potencial màxima es produeix als extrems del moviment, mentre que l'energia cinètica és màxima al punt més baix de la trajectòria. Aquest principi és àmpliament estudiat en física i s'aplica a diverses àrees de l'enginyeria i la tecnologia.
Exemples denergia cinètica i energia potencial
A continuació es mostren alguns exemples en què aquestes formes denergia es converteixen entre si:
- Muntanya russa : Al punt més alt, el carro té màxima energia potencial i energia cinètica gairebé zero. A mesura que baixa, l'energia potencial es converteix en energia cinètica, augmentant-ne la velocitat.
- Cascada en una presa : L'aigua emmagatzemada en un dipòsit té energia potencial gravitatòria. En caure, aquesta energia es converteix en energia cinètica, que es pot utilitzar per generar electricitat en turbines.
- Salt en trampolí : un atleta a la part superior del trampolí té la màxima energia potencial. Quan salta, l'energia esdevé gradualment energia cinètica.
- Un ressort comprimit : té energia potencial elàstica. Quan s'allibera, aquesta energia es converteix en energia cinètica, fent que el ressort s'expandeixi.