El concepto de energía cinética surge con cierta frecuencia en debates de Seguridad Vial al intentar justificar que la velocidad excesiva agrava los efectos negativos de un accidente (además de hacerlo más probable, claro). Es un concepto importante debido a que la energía cinética depende de forma cuadrática con la velocidad: es decir, moverse el doble de rápido implica cuadruplicar la energía.
Pero, como muchos conceptos que vienen de la ciencia, es posible que el uso mundano del término no venga acompañado por una comprensión del significado exacto del mismo. Sobre todo, porque abunda un uso casi místico de la palabra energía; cuyo significado en realidad es mucho más sencillo y mundano que las idas de olla que suelen salir de la boca de adivinos de madrugada e iluminados varios.
¿Qué es la energía?
La energía cinética es, ante todo, una forma de energía. Así que parece buena idea empezar hablando sobre qué significa el concepto energía. Pues bien, la energía es una magnitud física abstracta que mide la capacidad de un cuerpo de producir cambios en el estado de otros cuerpos. ¡Toma ya! Desgranemos lo dicho parte por parte.
En primer lugar, la energía es una magnitud física. Eso viene a significar que es algo que tiene un valor numérico y que se mide en tipo de unidades concretas. En el Sistema Internacional de unidades, la energía se mide en Julios, aunque de forma cotidiana estamos más acostumbrados a oír hablar de calorías. Una caloría son 4,184J. Aunque, ojo, cuando hablamos de dietas muchas veces cuando se dice caloría en realidad se quiere decir kilocaloría; es decir, mil calorías (o 4184 Julios).
Que sea abstracta significa que la energía es algo que no se puede ver ni tocar. Como mucho podremos ver o notar sus efectos. Es algo que, en realidad, no existe. Es un concepto que nos hemos inventado porque nos permite entender cosas y hacer cálculos. Pero no tiene existencia física propiamente dicho. Es decir, aquellos que de repente dicen «siento tu energía» o chuminadas por el estilo se están quedando con nosotros (o van fumados). La energía se puede medir de forma directa, no hay ningún aparato de medida que mida energías de forma directa, no existe un energómetro.
La energía, pues, siempre va referida a un objeto físico real. Y, a menudo, ese es el objeto que podemos ver y tocar. Por ejemplo, un coche de una tonelada a 100km/h tiene una energía (cinética) de unos 385 mil Julios. Yo puedo ver y tocar el coche, pero no todos esos Julios. Es una medida abstracta que nos da una idea de la capacidad del vehículo. Nótese que ĺa realidad es algo más sutil, hay «cosas» que no se pueden ver ni tocar que también tienen energía (por ejemplo, el campo electromagnético).
Por último, el valor concreto de la energía de un objeto nos dice la capacidad que éste tiene para cambiar el estado de otros objetos. Básicamente, la energía es como una especie de moneda. Cada vez que queremos comprar el cambio del estado de un objeto, alguien tiene que pagar el precio energético de ese cambio.
Dicho de otra forma, un objeto cuyo valor de la energía es muy alto, puede provocar muchos cambios en otro. Y, viceversa, un cuerpo que tenga muy poquita energía no podrá provocar apenas cambios.
¿Qué es la energía cinética?
Pues, ahora, es muy sencillo. La energía cinética es la energía que un objeto tiene debido a su velocidad. Es decir, la energía cinética mide cuantos cambios puede provocar un objeto que se está moviendo. Algo que se está moviendo (con respecto a un observador) tiene más energía que algo que está quieto.
Esto debería ser fácil de entender. Pongamos el ejemplo de un coche, ya que estamos en un blog de seguridad vial. Imaginad un coche y un cono. Si el coche está quieto, no va a provocar ningún cambio al cono. Podrían pasarse toda la eternidad uno delante de otro y nunca cambiaría nada de nada.
En cambio, si el coche está en movimiento (y da la casualidad de que se dirige justo hacia el cono), lo más probable es que el triangulito naranja quede aplastado o salga volando. Eso sí es un cambio.
Y, obviamente, cuanto más rápido vaya el coche, más lejos saldrá disparado el cono. En este sentido, queda claro que cuanto más rápido se mueva el coche, más cambios puede provocar. Es decir, a mayor velocidad, más energía cinética. Así de simple.
Leibniz, uno de los primeros en introducir lo que hoy conocemos como energía cinética
Un poquito de historia
El concepto actual de energía cinética data de mediados del siglo XIX, gracias a un trabajo de Gaspard-Gustave Coriolis en 1829. El nombre actual data de al rededor de 1850, fue William Thomson (conocido como Lord Kelvin) quien la bautizó. No obstante, sus orígenes se pueden rastrear hasta mucho atrás.
A finales del siglo XVIII, Gottfried Leibniz y Johann Bernouilli acuñaron el término fuerza viva (vis viva). Para ellos, existía una cantidad igual a la masa multiplicada dos veces por la velocidad, cuya suma total se mantenía constante en las colisiones entre objetos.
Pese ciertas reticencias por parte de Newton, la mayor figura científica de la época, el holandés Willem’s Gravensade desarrolló un experimento que confirmaba la importancia de lo vis viva, que no era más que (el doble de) lo que hoy llamamos energía cinética.
Gravensade lazó pesos sobre una superficie de arcilla, y midió la capacidad de penetración. Observó que lanzando un objeto con el doble de masa (es decir, que pesara el doble), la distancia que se hundía en la arcilla era el doble. Por contra, si lanzaba dos pesos (de la misma masa) uno al doble de velocidad que el otro, el más veloz penetraba cuatro veces más profundo. Es decir, el cambio producido (en este caso, un agujero en el barro) se multiplicaba dos veces por dos.
Si triplicaba la velocidad, el agujero era nueve veces más profundo (es decir, se multiplicaba por tres dos veces, 3 x 3 = 9). Y, así, sucesivamente. En conclusión, la vis viva (hoy energía cinética) debe ser proporcional al resultado de multiplicar la masa por la velocidad dos veces, m v v. O lo que es lo mismo, m v2.
Ni se crea ni se destruye
Todos hemos oído eso de que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Significa lo siguiente: cuando un objeto provoca un cambio a otro, obviamente tiene que gastar parte de su energía. Pero esa energía se queda en otro objeto, muchas veces en el mismo objeto sobre el que se ha provocado el cambio. Veamos un ejemplo, por supuesto relacionado con la automoción.
Cuando pisamos el acelerador, el combustible (gracias a todos los procesos que ocurren en el motor) utiliza su energía química para producir un cambio en la velocidad del vehículo (a parte de otros cambios secundarios, como producir ruido, elevar la temperatura y mover el aire). Ahora, como el coche se está moviendo, ha adquirido energía cinética, que puede utilizarse para producir otros cambios.
Y, como ahora tenemos energía cinética, podemos producir cambios. Y cuanto mayor sea la velocidad, más cambios podemos producir. ¿Qué cambios? Pues, por ejemplo, si sufrimos un accidente, toda esa energía cinética se puede utilizar para deformar y romper tanto el vehículo como sus ocupantes.
Por desgracia, los seres humanos no somos muy resistente a las deformaciones y rupturas. Son cambios dañinos… y cuanta más energía cinética tenga el vehículo, peores serán los cambios que se pueden producir sobre nosotros. Con esto, queda más o menos justificado lo que decíamos al principio: la velocidad agrava las consecuencias de los accidentes… además de hacerlos más probables.
En Circula seguro | La energía en la automoción (1), (2) y (4), ¿Cuánta energía tiene un coche?
Fotos | Grupo Laudo I.Veicular, Gabriel Jorby, Nathan Lanier, Alexb01, Loco Steve
