Energía Potencial y Cinética: La Física del Frenado y los Accidentes de Tránsito

En términos sencillos, la energía es la capacidad de hacer un trabajo. Cuanto más energía se tiene, más tiempo o con mayor intensidad se puede trabajar.

Hay muchas formas diferentes de energía, incluyendo:

• Energía térmica (calor), como la que se produce en el motor cuando tu vehículo quema combustible.
• Energía radiante (luz), como la que emiten las luces del automóvil.
• Energía cinética (movimiento), como la que se produce cuando tu vehículo está en movimiento.

En este módulo discutiremos la energía cinética y el efecto que tiene sobre tu vehículo.

Energía potencial

Antes de que la energía se exprese de cualquier forma (cinética, térmica u otra), existe como energía potencial. Todos los objetos poseen energía cinética cuando están en movimiento. Cuando un objeto está estacionario, la energía cinética está guardada como energía potencial. Por ejemplo:

• Al jalar una flecha contra la cuerda de un arco, la tensión creada será energía potencial. Cuando sueltas la fecha, se convierte en cinética.
• Al estacionar un automóvil en una inclinación, la gravedad que trabaja para empujar hacia abajo crea energía potencial. Se vuelve energía cinética cuando el automóvil empieza a rodar.

Algunos objetos tienen más energía potencial que otros. Un auto estacionado en una colina tiene más energía potencial que un auto estacionado en una superficie plana, así como una flecha jalada contra una cuerda de arco tensa tiene más energía potencial que una flecha jalada contra una cuerda floja. Cuanta más energía potencial tiene un objeto, más difícil será evitar que se mueva.

Energía cinética

La energía cinética se produce por el movimiento. En el ejemplo de conducción anterior, lo único que evita que la energía potencial se convierta en energía cinética son los frenos del automóvil. Si los frenos fallan, el auto empezará a rodar y acumular energía cinética. La cantidad de energía cinética de un objeto afecta la facilidad con la que puede detenerse. Conforme la velocidad aumenta, también lo hace la energía cinética. El automóvil de nuestro ejemplo sería más difícil de detener cuanto más lejos ruede hacia abajo en la colina.

La energía cinética total de tu vehículo estará influenciada por fuerzas externas. Por ejemplo, un automóvil que viaja cuesta arriba tendrá menos energía cinética que un automóvil que viaja cuesta abajo, ya que la gravedad trabajará en contra o a favor del vehículo, respectivamente.

La segunda ley de Newton determina cuánta energía cinética tiene un objeto antes de que se vea afectado por las fuerzas externas, según su peso y velocidad. Sin embargo, estos dos factores no aumentan la energía cinética de igual manera. La velocidad tiene una influencia mucho mayor. La energía cinética aumenta proporcionalmente al peso, por lo que un automóvil tres veces más pesado que otro tendría tres veces más energía cinética. En cuanto a la velocidad, el ritmo al que aumenta la energía cinética es proporcional a la velocidad del objeto elevada al cuadrado. Ilustremos esto con un par de ejemplos:

1. El Automóvil A y el Automóvil B están viajando a la misma velocidad. Sin embargo, el Auto A pesa el doble que el Auto B y por lo tanto tiene el doble de energía cinética.
2. El Automóvil C y el Automóvil D tienen el mismo peso. Sin embargo, el Auto C está viajando al doble de velocidad que el Auto D y por consiguiente tiene cuatro veces más energía cinética.

La energía nunca se puede destruirse, solo transferida de un objeto a otro, transformada en otro tipo de energía o ambas opciones. Cuando tu vehículo se detiene, la energía cinética que ha ganado estando en movimiento debe irse a otro lado. Si estás controlando la parada con tus frenos, ellos absorberán la energía cinética. Cuando un vehículo se detiene abruptamente, hay demasiada energía para que los frenos la manejen a tiempo. Sin otro lugar adónde ir, la energía cinética será absorbida por la carrocería del vehículo, los cuerpos de las personas que están ocupando el vehículo y cualquier objeto contra el que choque. Así es como se sufren las lesiones físicas en los accidentes automovilísticos.

La física del frenado

Cuando reduces la velocidad o te detienes, los frenos del vehículo deben superar su energía cinética. Es importante que te des cuenta de que no solo estás trabajando contra la velocidad, ya que la energía cinética será cuatro veces mayor a la velocidad a la que estás viajando. Esto significa que tu distancia de frenado también estará elevada al cuadrado. Por ejemplo:

• Un vehículo que viaja a 30 mph tardará 45 pies en detenerse desde el momento en que empiezas a frenar.
• Un vehículo que viaja a 60 mph (el doble de velocidad) tardará 180 pies (cuatro veces más distancia) en detenerse desde el momento en que empiezas a frenar.

Toma en cuenta que estas distancias no toman en cuenta el tiempo que te lleva percibir una amenaza y decidir aplicar los frenos. Cuanto más rápido viajes, más difícil será percibir las amenazas. Esto significa que a grandes velocidades, es posible que tu distancia de frenado sea significativamente mayor a la distancia descrita en este ejemplo. Recuerda que tu distancia de frenado se extenderá todavía más si la superficie de la carretera ofrece poca tracción.

Energía cinética en un accidente

Si tu vehículo choca contra un objeto, la fuerza del impacto será igual a su energía cinética dividida entre la distancia de frenado. Cuanto más grande sea la distancia de frenado, más tiempo tendrán los frenos para absorber la energía cinética del vehículo y disminuir la gravedad del impacto. Por eso las colisiones suelen ser más destructivas cuando el conductor tiene poco tiempo para aplicar los frenos.