Fórmulas de energía en física: cinética, potencial, trabajo y más, con ejemplos

Resumen

Este documento recoge las principales fórmulas de energía en física: cinética, potencial gravitatoria, potencial elástica, interna, trabajo y nuclear. Para cada tipo muestra la ecuación, un ejemplo práctico y el cálculo numérico paso a paso. Permite al estudiante aplicar cada fórmula a situaciones concretas.

Puntos clave

Energía cinética: Ec = ½ m v², con m en kg y v en m/s.
Energía potencial gravitatoria: Ep = m g h; con m = 0.5 kg y h = 10 m resulta 49 J.
Energía potencial elástica: Epe = ½ k x²; con k = 200 N/m y x = 0.2 m resulta 4 J.
Trabajo: W = F d cos(θ); con F = 10 N y d = 5 m en la dirección de la fuerza resulta 50 J.
Energía interna de un gas ideal: Ei = 3/2 n kB T.
Energía nuclear: E = m c², donde c es la velocidad de la luz.

Ponte a prueba

Principales Tipos de Energía: Fórmulas y Ejemplos Prácticos

Tipo de Energía	Fórmula	Ejemplo	Cálculo	Resultado
Energía Cinética (Ec)	Ec = ½ m v²	Un automóvil de 1000 kg viaja a 20 m/s.	Ec = ½ × 1000 × (20)²	200,000 J
Energía Potencial Gravitatoria (Ep)	Ep = m g h	Una pelota de 0.5 kg se encuentra a 10 m de altura.	Ep = 0.5 × 9.8 × 10	49 J
Energía Potencial Elástica (Epe)	Epe = ½ k x²	Un resorte tiene k = 200 N/m y se estira 0.2 m.	Epe = ½ × 200 × (0.2)²	4 J
Energía Interna (Ei)	Ei = 3/2 n k_B T	Para 1 mol de gas ideal a 300 K.	Ei = 3/2 × 1 × 1.38 × 10⁻²³ × 300	6.21 × 10⁻²¹ J
Trabajo (W)	W = F d cos(θ)	Una fuerza de 10 N actúa sobre un objeto que se desplaza 5 m en la dirección de la fuerza.	W = 10 × 5 × cos(0°)	50 J
Energía Nuclear (E)	E = m c²	Se convierte 1 kg de masa en energía.	E = 1 × (3 × 10⁸)²	9 × 10¹⁶ J

Descripción Detallada de los Ejemplos

Energía Cinética: El cálculo de la energía de un automóvil que se mueve a una velocidad de 20 m/s.
Energía Potencial Gravitatoria: La energía almacenada en una pelota de 0.5 kg ubicada a 10 metros de altura sobre el suelo.
Energía Potencial Elástica: La energía almacenada en un resorte que se ha estirado 0.2 metros.
Energía Interna: La energía interna de un gas ideal a 300 K, calculada usando la ecuación de gases ideales y la constante de Boltzmann.
Trabajo: El trabajo realizado por una fuerza de 10 N que mueve un objeto 5 m.
Energía Nuclear: La energía liberada cuando 1 kg de masa se convierte completamente en energía, según la famosa ecuación de Einstein.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la fórmula de la energía cinética?

La energía cinética se calcula como Ec = ½ m v², donde m es la masa en kilogramos y v la velocidad en metros por segundo. El documento aplica la fórmula a un automóvil de 1000 kg que viaja a 20 m/s, obteniendo 200 000 J.

¿Cómo se calcula la energía potencial gravitatoria?

Se calcula con Ep = m g h, donde m es la masa, g la aceleración de la gravedad y h la altura. En el ejemplo, una pelota de 0.5 kg a 10 m de altura tiene una energía potencial de 49 J.

¿Cuándo el trabajo es igual a F·d?

El trabajo se expresa como W = F d cos(θ), donde θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento. Cuando la fuerza actúa en la dirección del movimiento, cos(0°) = 1 y el trabajo es simplemente F·d.