Calculadora de energía cinética relativista

La energía cinética relativista describe la energía de movimiento cuando la velocidad de un objeto es tan alta que la mecánica newtoniana deja de ser precisa. A velocidades cotidianas, se aproxima bien mediante la mitad de la masa por la velocidad al cuadrado. Sin embargo, cuando la velocidad representa una fracción importante de la velocidad de la luz, la energía medida crece más rápido de lo que predice esa expresión clásica. La relatividad especial de Einstein aporta la corrección. La ecuación principal establece que la energía cinética es gamma menos uno, multiplicado por la masa en reposo y la velocidad de la luz al cuadrado. Gamma es el factor de Lorentz: uno dividido entre la raíz cuadrada de uno menos la velocidad al cuadrado dividida entre la velocidad de la luz al cuadrado. Esta calculadora usa el valor exacto definido de la velocidad de la luz: 299,792,458 metros por segundo. Acepta la velocidad como fracción de la velocidad de la luz o en metros por segundo, y muestra la energía relativista, gamma y el resultado clásico para comparar. A una décima parte de la velocidad de la luz, gamma apenas supera uno y la estimación clásica sigue siendo bastante cercana. A la mitad de la velocidad de la luz, la corrección es claramente medible. Al noventa por ciento de la velocidad de la luz, gamma es aproximadamente 2.294 y la expresión clásica subestima mucho la energía. Al acercarse a la velocidad de la luz, el denominador de gamma tiende a cero y la energía cinética necesaria crece sin límite. Por ello, una partícula con masa en reposo no nula no puede acelerarse hasta la velocidad de la luz ni superarla. La masa en reposo es la masa invariante medida en el sistema de referencia de la propia partícula. No la sustituyas por el concepto histórico de masa relativista. La energía total es gamma por la masa en reposo por la velocidad de la luz al cuadrado; la energía en reposo es la masa en reposo por la velocidad de la luz al cuadrado. Al restar la segunda de la primera queda la energía cinética. Los resultados se expresan en julios y pueden ser muy pequeños para partículas individuales, incluso a velocidades enormes. En física de partículas también se usan electronvoltios. Usa suficientes cifras significativas para las masas y las velocidades altas. Cerca de la velocidad de la luz, cambios mínimos de velocidad pueden alterar mucho gamma, por lo que el redondeo de la velocidad medida puede dominar la incertidumbre. La calculadora rechaza velocidades iguales o superiores a la de la luz. Es adecuada para aprender, hacer estimaciones de aceleradores y comparar sistemas astrofísicos, pero la investigación precisa debe propagar la incertidumbre de medición y emplear unidades y métodos numéricos propios del campo.