La energía cinética de traslación depende de la masa de un objeto y de su rapidez respecto al sistema de referencia elegido. La rapidez interviene al cuadrado, por lo que un pequeño cambio puede modificar mucho la energía. Esta herramienta calcula energía, rapidez o masa en el modelo clásico. La guía y su práctica permiten comparar resultados conservando una masa de dos kilogramos y variando la rapidez.
1. Identifica masa, rapidez y referencia
Escribe una masa positiva y una rapidez no negativa. La rapidez es la magnitud de la velocidad: un objeto con velocidad −3 m/s sobre un eje tiene rapidez 3 m/s. Elige también respecto a qué observador se mide el movimiento. Si un objeto está quieto respecto a un vehículo, puede tener rapidez distinta de cero respecto al suelo; la energía calculada depende de esa elección.
2. Convierte unidades y aplica el cuadrado
Para m = 2 kg y v = 3 m/s, E_c = ½ × 2 × 3² = 9 J. Primero se convierte la masa a kilogramos y la rapidez a metros por segundo. Por ejemplo, 2000 g y 10,8 km/h describen esos mismos datos y deben producir nueve julios. No combines directamente kilogramos con el número escrito en km/h sin convertirlo. La tabla muestra las magnitudes en SI y el cuadrado de la rapidez.
E_c = ½mv²; v = √(2E_c/m)Duplicar la rapidez cuadruplica la energía
La comparación mantiene la misma masa y el mismo sistema de referencia. La altura de cada barra representa su energía.
Comprueba la idea: ¿Una velocidad negativa produce energía cinética negativa?
Ver la explicación
No. La energía cinética depende del cuadrado de la velocidad o, de forma equivalente, de la rapidez. En esta herramienta escribe la rapidez como una magnitud no negativa. El resultado tampoco indica hacia qué lado se mueve el objeto.
3. Compara cambios de masa y rapidez
Con la rapidez fija, duplicar la masa duplica la energía. Con la masa fija, duplicar la rapidez cuadruplica la energía; triplicarla multiplica la energía por nueve. La práctica mantiene dos kilogramos y varía la rapidez de cero a diez metros por segundo sobre una curva de ejes fijos. El punto seleccionado se relaciona con su energía; las unidades y escalas de ambos ejes son diferentes.
Práctica interactiva
Observa el efecto de la rapidez al cuadrado
Masa fija de 2 kg. Rapidez de 0 a 10 m/s y energía de 0 a 100 J, con ejes fijos.
Con m = 2 kg y v = 3 m/s, E_c = 9 J; a 6 m/s vale 36 J.
4. Despeja la rapidez a partir de energía y masa
Si una masa de 2 kg tiene 9 J de energía cinética de traslación, v = √(2 × 9 / 2) = 3 m/s. Se muestra la raíz no negativa porque se calcula rapidez, sin dirección. Energía cero con masa positiva produce rapidez cero. Una energía negativa no es válida en este modelo y se rechaza antes de calcular una raíz.
5. Calcula masa y reconoce los casos sin solución única
Para hallar masa se utiliza m = 2E_c/v². Con 9 J y 3 m/s se recuperan 2 kg. Si energía y rapidez son cero, muchos valores de masa positiva cumplen la relación y no hay un valor único. Energía positiva con rapidez cero no puede satisfacerla. Energía cero con rapidez no nula implicaría masa cero, fuera de la condición de masa positiva de esta herramienta.
6. Delimita qué energía estás calculando
Esta expresión describe energía cinética de traslación en mecánica clásica. No suma la energía de rotación, la térmica ni otras formas de energía. Tampoco incorpora correcciones relativistas para rapidez cercana a la de la luz. El resultado no es una fuerza ni una distancia de frenado; para estudiar trabajo hace falta conocer fuerzas y desplazamientos. Los resultados se muestran redondeados y la tabla permite verificar los datos convertidos.
Ponlo en práctica