ENERGÍA CINÉTICA DE LOS IMPACTOS DE ASTEROIDES EN LA TIERRA
Energía Cinética (De The Sciences, 6ª ed., por Trefil y Hazen)
Piensa en una bala de cañón volando por el aire. Cuando golpea un blanco de madera, la bola ejerce una fuerza sobre las fibras de la madera, astillándolas y separándolas y creando un agujero. Hay que trabajar para hacer ese agujero; las fibras se tienen que mover a un lado, lo que significa que se debe ejercer una fuerza sobre la distancia que se mueven. Cuando la bala de cañón golpea la madera, funciona, por lo que una bala de cañón en vuelo claramente tiene la capacidad de hacer trabajo, es decir, tiene energía, debido a su movimiento. Esta energía de movimiento es lo que llamamos energía cinética.
Puedes encontrar innumerables ejemplos de energía cinética en la naturaleza. Una ballena que se mueve a través del agua, un pájaro que vuela y un depredador que captura a su presa, todos tienen energía cinética. También lo hacen un auto a toda velocidad, un Frisbee volador, una hoja que cae y cualquier otra cosa que se esté moviendo.
Nuestra intuición nos dice que dos factores gobiernan la cantidad de energía cinética contenida en cualquier objeto en movimiento. En primer lugar, los objetos más pesados que se mueven tienen más energía cinética que los más ligeros: una bola de bolos que viaja 10 m/s (un sprint muy rápido) lleva mucha más energía cinética que una pelota de golf que viaja a la misma velocidad. De hecho, la energía cinética es directamente proporcional a la masa: si se duplica la masa, se duplica la energía cinética.
Segundo, cuanto más rápido se mueve algo, mayor es la fuerza que es capaz de ejercer y mayor es la energía que posee. Una colisión a alta velocidad causa mucho más daño que un choque de guardabarros en un estacionamiento. Resulta que la energía cinética de un objeto aumenta a medida que el cuadrado de su velocidad. Un automóvil que se mueve a 40 millas por hora tiene cuatro veces más energía cinética que uno que se mueve a 20 millas por hora, mientras que a 60 millas por hora un automóvil lleva nueve veces más energía cinética que a 20 millas por hora. Por lo tanto, un aumento modesto de la velocidad puede causar un gran aumento de la energía cinética.
Estas ideas se combinan en la ecuación de energía cinética.
En palabras: La energía cinética es igual a la masa del objeto en movimiento por el cuadrado de la velocidad de ese objeto (v2).
En forma de ecuación: energía cinética (julios) = 1/2 x masa (kg) x velocidad2 (m/s)
En símbolos: KE = 1/2 x m x v2
Ejemplos: Bolas de bolos y pelotas de béisbol ¿Cuál es la energía cinética de una bola de bolos de 4 kg (aproximadamente 8 lb) rodando por una pista de bolos a 10 m/s (aproximadamente 22 mph)?
Compare esta energía con la de una pelota de béisbol de 250 gramos (aproximadamente media libra) que viaja a 50 m/s (casi 110 mph). ¿Qué objeto dolería más si te golpeara (es decir, qué objeto tiene la mayor energía cinética)?
Razonamiento: Tenemos que sustituir los números en la ecuación por la energía cinética.
Solución: Para la bola de bolos de 4 kg que viaja a 10 m/s:
energía cinética (julios) = 1/2 x masa (kg) x 2
=1/2 x 4 kg x (10 m/s)2 = 1/2 x 4 kg x 100 m2/s2 = 200 kg-m2 / s2.
tenga en cuenta que: 200 kg-m2/s2 = 200 (kg-m/s2) x m = 200 N x m = 200 julios
Para los 250 g de béisbol viaja a 50 m/s:
la energía cinética (joules) = 1/2 x masa (kg) x 2
Un gramo es la milésima parte de un kilogramo, por lo que 250 g = 0.25 kg:
la energía cinética (joules) = 1/2 x 0,25 kg x 2500 m2/s2 = 312.5 kg-m2/s2 = 312.5 julios
A pesar de que la bola de bolos es mucho más masiva que la pelota de béisbol, una pelota de béisbol de impacto duro lleva más energía cinética que una bola de bolos típica debido a su alta velocidad.
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impactos de Asteroides en la Tierra:
Todo en el sistema solar gira alrededor del Sol. Estos caminos alrededor del Sol se llaman órbitas. Una órbita es un delicado equilibrio entre el movimiento hacia adelante del cuerpo en órbita y la atracción gravitacional entre el Sol y el cuerpo en órbita.
Debido a la atracción gravitacional entre todos los cuerpos en órbita del sistema solar, no hay dos órbitas iguales. Estas pequeñas diferencias en la órbita no afectan mucho a los planetas grandes, pero los cuerpos pequeños que orbitan alrededor del Sol, como asteroides, pueden verse fuertemente afectados. Los asteroides, que se encuentran relativamente cerca unos de otros en el cinturón de asteroides, pueden chocar entre sí o rozar a medida que sus órbitas cambian con el tiempo. Esto puede resultar en un asteroide que choca o rebota fuera de Su órbita anterior y cambia a una órbita diferente que se llama «cruce de la Tierra». El siguiente diagrama muestra una órbita típica de un asteroide que cruza la Tierra. El Sol se muestra en rojo, la Tierra en verde y el asteroide en amarillo. NOTA: Este diagrama y los tamaños de los objetos NO están en la escala adecuada.
Además, en esta figura, objetos como Mercurio, Venus, Marte y los asteroides no se incluyen por simplicidad.
Como pueden ver, a medida que la Tierra y el asteroide giran alrededor del Sol, existe cierta posibilidad de que estén en el mismo lugar a la misma hora un día y, por lo tanto, se produzca una colisión energética.
La velocidad típica de un asteroide en una órbita que cruza la Tierra y en las proximidades de la Tierra es de aproximadamente 20 km / seg. La ecuación de energía cinética dice que KE = 1/2 m x v2. Cuadrar la velocidad hace que un gran número de 20 km/seg sea mucho, mucho más grande.
Vamos a considerar lo que sucedió en Alabama durante la era de los dinosaurios (específicamente hace unos 83 millones de años) cuando un asteroide de unos 380 m de diámetro golpeó Alabama central. Este evento ocurrió a unos 20 km al norte de Montgomery, Alabama, cerca de la ciudad de Wetumpka. Debe ir a este enlace para leer más sobre este evento antes de continuar con este laboratorio: Haga clic Aquí
Cuando haya terminado de leer este artículo en línea en el sitio web de la Enciclopedia de Alabama, estará listo para realizar la actividad de recopilación de datos en su libro de laboratorio. Por favor, lea y estudie el artículo de arriba, porque será cubierto (junto con el material de arriba) en su cuestionario de laboratorio.