Diferencia entre cantidad de movimiento y energía cinética

Desde un punto de vista matemático, parece estar claro cuál es la diferencia entre impulso y metro v y energía cinética 1 2 metro v 2 . Ahora mi problema es el siguiente: supón que quieres explicarle a alguien sin mencionar las fórmulas qué es el momento y qué es la energía cinética. ¿Cómo hacer eso para que quede claro cuál es la diferencia entre esas dos cantidades?

A partir de la física, creo que se pueden enumerar esencialmente las siguientes diferencias:

  1. el impulso tiene una dirección, la energía cinética no

  2. el impulso se conserva, la energía cinética no (pero la energía sí)

  3. el impulso depende linealmente de la velocidad, la energía cinética depende cuadráticamente de la velocidad

Creo que es relativamente fácil explicar los dos primeros puntos utilizando un lenguaje cotidiano, sin recurrir a fórmulas.

Sin embargo, ¿hay una buena manera de ilustrar el 3. punto?

Respuestas (3)

Como una comprensión cualitativa, aquí hay un ejemplo:

Si dispara una bala, el rifle retrocede con el mismo impulso que la bala, pero la bala tiene mucha más energía cinética. ¿No te alegra que la culata del rifle te golpee el hombro y no la bala?

¿El rifle realmente no tiene una cantidad comparable de energía cinética? Podría ser que no sea tan dañino como la bala porque es más lento (debido a su mayor masa) y tiene un área de superficie mucho más grande que es plana en contraste con la bala afilada. Realmente no tengo claro qué tan rápido iría el rifle si alguien no lo sostuviera mientras se dispara.
@DrDoolittle: impulso = metro v , ¿Correcto? y energía cinética = metro v 2 / 2 , ¿Correcto? Bien, entonces aumenta la masa 100 veces y divide la velocidad entre 100. El mismo impulso, ¿verdad? 100 metro v / 100 = metro v Pero, ¿qué le hace a la energía cinética? 100 metro ( v / 100 ) 2 / 2 = metro v 2 / 100 / 2 . Entonces, al aumentar la masa 100 veces, con el mismo impulso, hemos reducido la energía cinética en un factor de 100.
Correcto. Entonces todo se trata del punto 2 del OP. Sin embargo, mi confusión persiste, ya que me pregunto por qué la energía cinética es "peligrosa" pero el impulso no lo es. Esa es probablemente una pregunta filosófica... Supongo que debo dejar de pensar subconscientemente que el impulso y la energía son de alguna manera similares... no lo son.
@DrDoolittle: Se conserva el impulso y la energía del conjunto , la bala y el arma juntos. El impulso antes del disparo es cero, y también lo es después, dividido en partes iguales que van en direcciones opuestas. La energía antes del disparo no es cero, es energía química. Disparar la convierte en energía cinética (y calor), compartida tanto por la bala como por el arma, pero más en la bala porque tiene mayor velocidad. Tenga en cuenta que el impulso tiene una dirección, pero la energía no. Es positivo de cualquier manera, porque está al cuadrado.
La esencia de la diferencia parece residir en el énfasis en la velocidad en la ecuación de la energía. Creo que el OP está intentando conceptualizar cómo puede ser esto. sé que lo soy

De hecho, el segundo punto no podría estar más equivocado. El momento es mucho más ubicuo que la energía cinética, ya que es una cantidad conservada de cada sistema físico que es invariante traslacionalmente.

Con respecto a tu pregunta, el usuario Gerard dio una explicación tan intuitiva como aquí

Si, lo siento. Pensé demasiado estrechamente en la física macroscópica elemental. Lo que tenía en mente era que la energía cinética se puede convertir en energía térmica, sin embargo, no existe un análogo del impulso en la termodinámica, pero tal vez me equivoque y también existe el impulso en la termodinámica ...

Considere dos trozos de arcilla húmeda del mismo tamaño que se mueven uno hacia el otro a la misma velocidad. Las cosas se están moviendo. Pero el centro de masa no lo es. Después de chocar entre sí, el bulto resultante no se mueve. Dos bultos se mueven casi en la misma dirección. Se golpean entre sí y el bulto resultante continúa.

Parece que necesitamos dos formas diferentes de medir el movimiento para dar sentido a esto. El movimiento de las partes es muy similar, pero el total es muy diferente.

El impulso podría definirse libremente como la cantidad de movimiento. pags → = metro v → . Si dos objetos se mueven a la misma velocidad, el más masivo tiene una mayor cantidad de movimiento. De dos objetos de igual masa, el más rápido tiene más movimiento.

El momento es un vector. Tiene dirección y magnitud. La dirección es lo mismo que la velocidad. El impulso se suma como un vector. Dos momentos en direcciones opuestas se cancelan. El momento total de los dos bultos en direcciones opuestas es 0 . Esta idea es útil para expresar el movimiento total de un objeto compuesto.

La energía podría definirse libremente como la capacidad de cambiar las cosas. La energía tiene muchas formas que se pueden convertir entre sí.

  • La energía cinética es la energía de un objeto en movimiento. Una bala puede hacer un agujero en su objetivo. mi = metro gramo h .
  • La energía potencial es la energía que proviene de las fuerzas que actúan sobre un objeto. Dispara una bala hacia arriba. A medida que asciende, frena hasta detenerse, perdiendo toda su energía cinética. Por su altura y por la gravedad, caerá, recuperando toda esa energía cinética. Para tal bala, se puede demostrar que mi = metro gramo h = 1 2 metro v 2 .
  • La energía química se almacena en enlaces moleculares. En una bomba, una reacción química puede crear fragmentos que tienen mucha energía cinética, como las balas.

La energía tiene una magnitud, pero no una dirección. Por ejemplo, no hay dirección en la energía química.

Hay una dirección obvia para la energía cinética, pero esto no es parte de lo que es la energía cinética a propósito. La energía cinética es un número.

La energía cinética es buena para medir el movimiento de todas las partes de un objeto compuesto. La energía cinética de dos trozos de arcilla es la misma, ya sea que se acerquen o se alejen. Es la suma de las energías de las partes. Dos trozos de arcilla se deforman cuando chocan entre sí. Si van más en la misma dirección y simplemente se golpean entre sí, aún pueden aplastarse cuando golpean otra cosa.

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