L’energia cinetica in fisica è l’energia che possiede un corpo in movimento e corrisponde al lavoro che occorre ad un corpo per passare da una velocità nulla a una conosciuta.
Vediamo cos’è e come si calcola l’energia cinetica.
Caratteristiche dell’energia cinetica di un corpo
L’energia cinetica si indica con la lettera “K” e si misura in joule come l’energia potenziale. Abbiamo detto che è relativa al movimento di un corpo ed è proporzionale alla massa di esso. Si tratta di una grandezza fisica scalare. È anche direttamente proporzionale al quadrato della velocità del corpo espressa in m/s.
Prendiamo come esempio due pere che cadono da un albero. Se una ha massa doppia rispetto all’altra, anche l’energia cinetica sarà il doppio. Se la massa è uguale e la velocità il doppio, l’energia cinetica sarà il quadruplo.
Se il corpo è fermo, l’energia cinetica è nulla. È sempre non negativa.
Si può distinguere in due tipi:
- energia cinetica traslazionale (esempio moto in corsa);
- energia cinetica rotazionale (esempio ruota di una bicicletta).
La formula dell’energia cinetica
Come si calcola l’energia cinetica? È molto semplice, basta applicare l’equazione che mette in relazione la massa e la velocità.
La formula è la seguente: K= 0,5 x mv2. La “m” rappresenta la massa del corpo (la quantità di materia che lo costituisce), mentre la “v” la velocità a cui si muove il corpo, ovvero la rapidità con cui cambia posizione.
Se devi calcolare l’energia cinetica di un corpo devi dunque determinare la massa espressa in kg e la sua velocità, la cui unità di misura è metri per secondo (m/s). Per calcolare la velocità, devi semplicemente dividere la distanza percorsa dall’oggetto per il tempo impiegato a coprire tale spazio.
Facciamo un esempio.
Se una donna di 55 kg corre ad una velocità di 3,87m/s possiamo determinare la sua energia cinetica applicando la formula: 0,5 x 55 x (3,87)2 ovvero 0,5 x 55 x 14,97.
Il risultato è pari a 411,675 J.
Il teorema dell’energia cinetica, che deriva dal secondo principio della dinamica, afferma che “quando un corpo è sottoposto a una forza, subisce un’accelerazione e si verifica una variazione di velocità”.
La velocità è una grandezza che dipende dal sistema di riferimento nel quale osserviamo i corpi in movimento. Se cambia il sistema di riferimento cambia la velocità dei corpi in movimenti e di conseguenza anche l’energia cinetica. Se il corpo aumenta la velocità, aumenta l’energia cinetica e la sua variazione è positiva e viceversa, se diminuisce la sua variazione sarà negativa.
Differenze tra energia cinetica e potenziale
Esiste una relazione tra questi due tipi di energia, ma mentre l’energia cinetica è legata al movimento di un corpo, l’energia potenziale è legata alla posizione.
Ad esempio, per sollevare un oggetto da terra è necessario applicare una forza verticale verso l’alto per vincere la forza di gravità. Questa forza compie un lavoro immagazzinato dal corpo sotto forma di energia potenziale. Se si lascia però cadere l’oggetto, l’energia potenziale da esso posseduta si trasforma in energia cinetica. Nel momento in cui il corpo tocca il terreno dopo la caduta tutta l’energia è di tipo cinetico.
Riassumiamo le differenze tra le due energie:
- L’energia cinetica è relativa al movimento di un corpo; l’energia potenziale alla posizione del corpo.
- L’energia potenziale può essere negativa, l’energia cinetica ha sempre valori positivi.
- L’energia cinetica è proporzionale alla massa e al quadrato della velocità del corpo; mentre l’energia potenziale gravitazionale dipende da massa e altezza e quella elastica è direttamente proporzionale alla costante elastica e al quadrato dell’elongazione della molla.
- La formula per trovare l’energia cinetica è: 0,5 x mv2; la formula per l’energia potenziale gravitazionale è massa per accelerazione di gravità (9,81 m/s2) per altezza; la formula dell’energia potenziale elastica è 1/2 kx2, dove k è la costante elastica e si misura in N/m e x è lo spostamento espresso in m, ossia l’allungamento o la compressione della molla.
