Lankide:Ocampos003/Proba orria

Energia zinetikoa

Energia zinetikoa gorputz batek bere mugimenduarengatik duen energia da. Zehazki, masa jakin bat duen gorputz bat geldi egotetik unean duen abiaduraraino eramateko behar den lana da. Azelerazioz energia hori bereganatuta, gorputzak energia zinetiko horri eusten dio, abiadura aldatzen ez den bitartean. Gorputzak lan kantitate berdina egiten du uneko abiaduratik geldi egoteraino dezeleratzean.

Dakigunez, hainbat motatako energiak daude: elektrikoa, elektromagnetikoa, termikoa, kimikoa, nuklearra, mekanikoa... Aipatutako azkena energia zinetikoarekin erlazionatuta dago, zeren energia mekanikoa energia zinetikoaren eta potentzialaren batura baita. Energia potentziala gorputzak indar-eremu batean duen posizioagatik daukana da; adibidez, energia  potentzial grabitatorioa lurrazaletik altuera batera egoteagatik daukana. Energia zinetikoa, ostera,  gorputzaren masarekin eta abiadurarekin dago erlazionatuta.

Energia zinetikoa sinboloaz adierazten da, eta nazioarteko SI unitate-sisteman, beraren unitateak J sinboloa du eta joule deitzen da, James Prescott Joule (1818-1889) fisikariaren ohorez. Honelaxe adierazten da joule unitatea oinarrizko unitateen bidez: 1 J = 1 kg·m²·s^–2.

Energia zinetikoak zerikusia dauka fisikaren beste kontzeptu batzuekin, hala nola lanarekin, indarrarekin eta energiarekin. Energia zinetikoa izateko, objektuak mugimenduan egon behar du, eta beste gorputz batekin talka egitean, gorputz hori mugitzeko gai izan behar du, lan bat sorraraziz.

Edozein indar-eremutan, indar biziaren teoremaren arabera, partikulan eragindako lanak bere energia zinetikoaren aldaketa adierazten du ( ). Eremu kontserbakorretan, ostera, energia potentziala izanik  betetzen denez,  betetzen da. Hau da, eremu kontserbakorretan partikulak irabazten duen energia zinetikoa energia potentzialaren galeraren ondorioz dator. Aldiz, energia zinetikoa galtzeak energia potentzialaren irabazia dakar, hein berean.

Energia zinetikoa bestelako energia moten bitartez ere sor daiteke, edo bestelako energia mota bihurtu. Adibidez, helizeen mugimendua sorrarazten duen energia zinetikoaren bitartez, elektrizitatea lor daiteke edo energia hidraulikoa uraren mugimenduaren ondorioz.

Historia

Energia zinetikoaren kontzeptuaren jatorria XIX. mendean dago, hain zuzen ere, 1829. urtean Gaspard-Gustave Coriolis-ek argitaraturiko  Du Calcul de l'Effet des Machines lanean. Energia zinetikoaren terminoa, ostera, 1850. urte ingurukoa da, eta William Thomson edo (Lord Kelvin izenez ere ezagutua zena) izan zen terminoaren sortzailea. 

Lehenengo aldiz mekanika klasikoaren printzipioa landu zutenak Gottfried Leibniz eta Johann Bernouilli-k izan ziren, eta haiek energia zinetikoa indar bizia izenaz deskribatu zuten. Haientzako, masa abiadurarekin birritan biderkatuta lortzen zen magnitude berezia zegoen. Willem 's Gravesande-k erlazio hori garatzen zuen esperimentua egin zuen. Horretarako, buztinezko orelodi eta trinko batera pisu jakineko gorputzak jaurti zituen altuera ezberdinetatik, eta bertan eginiko zuloaren sakonera neurtu zuen. Pisu bikoitzeko objektu bat jaurtita, sakonera bikoitza zela ikusi zuen. Ostera, masa bereko gorputza abiadura bikoitzez jaurtitzen bazuen, lau aldiz gehiago sartzen zela behatu zuen, alegia, sakonera lau aldiz biderkatzen zen (2² = 4) abiadura hirukoiztuta buztinean egiten zen zuloa bederatzi aldiz sakonagoa zela ikusi zuen (3² = 9).  Behin eta berriro saiakerak eginez, magnitude berezi hura masaren eta abiaduraren karratuaren arteko biderkaduraren proportzionala zela ondorioztatu zuen, hau da,  zela.

Energia zinetikoa mekanika klasikoan

Mekanika klasikoan, gorputz puntual baten edo biratzen ez duen solido zurrun baten energia zinetikoa formulaz kalkulatzen da, non m gorputzaren masa den eta v, abiadura. Agerikoa denez, energia zinetikoa erreferentzia-sistema inertzialaren menpekoa da.

Biraka ari den solido zurrun baten kasuan, energia zinetikoa kalkulatzeko, bi osagai eduki behar dira kontuan: translazio-energia zinetikoa eta biraketa-energia zinetikoa.

Traslazio-energia zinetikoa formularen bidez kalkulatzen da, hau da, solidoaren masa guztia (M) masa-zentroan kontzentraturik balego bezala kontsideratuz eta masa-zentroaren abiadura (V) kontuan hartuz. Bestalde, biraketa-energia zinetikoa lortzeko, kontuan izan behar dira birakera-ardatzaren inguruko abiadura angeluarra (w) eta biraketa-ardatzarekiko inertzia momentua (I), eta  formulaz kalkulatzen da. Hortaz, honelaxe adierazten da biraka ari den solido zurrun baten energia zinetiko osoa:

Energia zinetikoa mekanika erlatibistan

Mekanika erlatibistan, aldatu egin behar da energia zinetiko klasikoaren adierazpena abiadura oso handien kasuan, alegia, argiaren abiadurara hurbiltzen ari diren partikulen kasuan. Zehazki, honelaxe adierazi behar da  energia zinetiko erlatibista:

 .

Adierazpen horretan, m masa, v  partikularen abiadura,  c  argiaren abiadura eta faktorea ageri dira. Energiaren adierazpen erlatibistak erakusten duenez, partikularen abiadura argiaren abiadurara hurbildu ahala,  faktorea gero eta handiagoa egiten da eta energia zinetikoak infiniturako joera hartzen du. Beraz, argiaren abiadura muga bat dela, masadun partikulek lortu ezin dutena.

Beste ondorio bat ere atera daiteke formula horretatik, zeren  terminoak partikularen pausaguneko energia adierazten baitu, eta horixe da hain zuzen, Einsteinek azaldutako masaren eta energiaren baliokidetza adierazten duen formula ospetsua: .