A energia cinética é a energia do movimento – a capacidade de um objeto em movimento realizar trabalho. Esta calculadora calcula a partir da massa e da velocidade, resolve a mesma equação de trás para frente para massa ou velocidade e relata o momento ao lado. Abaixo está como a fórmula funciona, por que a velocidade é elevada ao quadrado e onde o modelo simples deixa de ser aplicado.
Como funciona a calculadora de energia cinética
A calculadora aplica a relação clássica KE = ½mv². Ele primeiro converte todas as unidades inseridas - quilogramas ou libras para massa, m/s, km/h, mph ou pés/s para velocidade - em unidades básicas do SI (quilogramas e metros por segundo), calcula a energia em joules e depois converte a resposta para a unidade de saída escolhida. O momento, p = mv, é calculado na mesma passagem.
Como a fórmula é exata para qualquer objeto que se mova bem abaixo da velocidade da luz, as únicas fontes de erro são suas entradas e arredondamentos. As conversões de unidades usam definições exatas (1 libra = 0,453592 37 kg, 1 mph = 0,447 04 m/s, 1 caloria alimentar = 4.184 J).
Por que a velocidade é quadrada
O termo quadrado é a característica mais importante da energia cinética. Dobrar a velocidade de um objeto não duplica sua energia — ela a quadruplica. Triplicar a velocidade multiplica a energia por nove. Isso vem diretamente do teorema do trabalho-energia: acelerar um objeto requer uma força aplicada ao longo de uma distância e, em velocidades mais altas, você percorre mais distância por unidade de tempo, portanto, mais trabalho é acumulado.
É por isso que a velocidade na rodovia é tão importante para a segurança. Um carro a 70 mph carrega quatro vezes mais energia que a 35 mph, então os freios devem dissipar quatro vezes mais energia e a distância de parada aproximadamente quadruplica. O gráfico KE-vs-velocidade na guia Calculadora mostra essa curva quadrática diretamente.
Energia cinética vs energia potencial vs momento
Energia cinética (½mv²) é a energia do movimento; energia potencial (para gravidade, mgh) é a energia armazenada de posição. À medida que um objeto cai, a energia potencial gravitacional se converte em energia cinética, e é por isso que um objeto caído acelera. Os dois são intercambiáveis e sua soma (ignorando o atrito) é conservada.
O momento (mv) é frequentemente confundido com a energia cinética, mas se comporta de maneira diferente: é linear em velocidade, tem direção e é conservado em colisões. Um caminhão pesado rastejando lentamente pode ter grande impulso, mas pequena energia cinética; uma bala tem pouco impulso, mas, concentrada em uma área minúscula, tem bastante energia para penetrar. A calculadora mostra ambos para que você possa comparar.
Limites e casos extremos
A fórmula ½mv² é a aproximação não relativística. A velocidades que se aproximam da velocidade da luz, subestima a verdadeira energia e a expressão relativística é necessária – mas para objetos do quotidiano (carros, bolas, balas) o erro é totalmente insignificante. A fórmula também trata o objeto como uma massa pontual; um objeto giratório também possui energia cinética rotacional (½Iω²) que esta calculadora não inclui.
Casos extremos que a calculadora trata de forma limpa: velocidade zero fornece energia cinética zero para qualquer massa; você não pode resolver a massa a partir da velocidade zero (cada massa fornece energia zero, então a massa é indefinida); e a energia negativa é rejeitada porque ½mv² é sempre positivo. Uma velocidade negativa fornece a mesma energia que sua contraparte positiva, já que apenas a magnitude importa.