Clase magistral de Física de Alejo Vidal Quadras sobre el accidente del Alvia y del Iryo

Antecedentes: Alejo Vidal Quadras fue mi profesor de COU de Física en los Hermanos Maristas La Inmaculada de la calle Valencia, 370 de Barcelona…

Podría haber sido un examen de Física basado en los conceptos de cantidad de movimiento y energía cinética…

Clase de Física para entender mejor la colisión entre el Alvia y el Iryo:La cantidad de movimiento y la Energía cinética. Diferencias.La diferencia entre la energía cinética y la cantidad de movimiento radica en los conceptos físicos que representan y las variables que involucran.La energía cinética es una forma de energía asociada al movimiento de un objeto.

Se define como la energía que posee un cuerpo debido a su velocidad. La fórmula para calcular la energía cinética es:

Energía cinética = (1/2) * masa * velocidad al cuadrado

Donde la masa es la masa del objeto en movimiento y la velocidad es la magnitud de su velocidad.

Por otro lado, la cantidad de movimiento se refiere a la cantidad de movimiento lineal que posee un objeto en movimiento. Se define como el producto de la masa del objeto y su velocidad. La fórmula para calcular la cantidad de movimiento es:

Cantidad de movimiento = masa * velocidad

La cantidad de movimiento es una magnitud vectorial, lo que significa que tiene dirección y sentido. Se representa con el símbolo «p».

La principal diferencia entre la energía cinética y la cantidad de movimiento radica en su naturaleza física y cómo se relacionan con el movimiento de un objeto. La energía cinética representa la energía asociada al movimiento de un objeto, mientras que la cantidad de movimiento representa la magnitud del movimiento en sí, teniendo en cuenta tanto la masa como la velocidad del objeto.

En resumen, la energía cinética se refiere a la energía asociada al movimiento de un objeto, mientras que la cantidad de movimiento se refiere a la magnitud del movimiento en términos de masa y velocidad. Son conceptos distintos pero relacionados que ayudan a comprender el comportamiento de los objetos en movimiento.

Cantidad de Movimiento (Momento Lineal) y Energía Cinética:

Diferencias y Aplicación en Colisiones

¡Hola, Luis! Gracias por compartir esta explicación. Es un buen punto de partida para entender la física detrás de una colisión como la que mencionas entre un tren Alvia y un Iryo (asumiendo que te refieres a un incidente real o hipotético en el contexto ferroviario español). Voy a expandir y aclarar los conceptos de cantidad de movimiento (también llamado momento lineal) y energía cinética, destacando sus diferencias clave, y luego los relacionaré con lo que ocurre en una colisión entre trenes. Usaré un enfoque didáctico, como en una clase de física, para que sea fácil de seguir. Incluyo fórmulas, ejemplos y consideraciones prácticas.

1. Definiciones Básicas

• Energía Cinética (EK o K): Representa la energía que un objeto tiene debido a su movimiento. Es la «capacidad de trabajo» asociada a la velocidad del objeto. Como bien dices, su fórmula es:$$EK=\frac{1}{2}m{v}^2$$Donde:
  • ( m ) es la masa (en kg).
  • ( v ) es la velocidad (en m/s).
  • Nota: Es una magnitud escalar (solo tiene valor numérico, no dirección). Depende de la velocidad al cuadrado, lo que significa que si duplicas la velocidad, la energía cinética se cuadruplica (¡es muy sensible a cambios en la velocidad!).
• Cantidad de Movimiento (p o Momento Lineal): Es una medida de cuánto «movimiento» lleva un objeto, considerando tanto su masa como su velocidad. Su fórmula es:$$p=mv$$Donde:
  • ( m ) y ( v ) son los mismos que arriba.
  • Nota: Es una magnitud vectorial (tiene magnitud, dirección y sentido). Por ejemplo, si un tren va hacia el norte, su ( p ) apunta al norte; si choca con otro, las direcciones importan.

2. Diferencias Principales Vamos a compararlas paso a paso para resaltar por qué no son lo mismo, aunque ambas involucren masa y velocidad:

• Naturaleza Física:
  • Energía cinética: Es energía (unidad: julios, J). Mide cuánto «trabajo» puede hacer un objeto en movimiento, como deformar algo al chocar o generar calor/fricción.
  • Cantidad de movimiento: Es movimiento inercial (unidad: kg·m/s). Mide la «inercia en movimiento», es decir, cuán difícil es detener o cambiar la dirección de un objeto.
• Dependencia de Variables:
  • EK depende de $v^2$ (cuadrática en velocidad), por lo que objetos con la misma masa pero velocidades diferentes tienen EK muy distintas. Ejemplo: Un tren a 100 km/h tiene 4 veces más EK que uno a 50 km/h.
  • p depende linealmente de ( v ), así que duplicar la velocidad solo duplica p. Es más «proporcional» al movimiento directo.
• Tipo de Magnitud:
  • EK: Escalar (no importa la dirección; solo el «cuánto»).
  • p: Vectorial (la dirección es crucial en interacciones como colisiones).
• Conservación en Sistemas:
  • EK: No siempre se conserva. En colisiones inelásticas (como la de trenes, donde hay deformación y calor), parte de la EK se transforma en otras formas de energía (sonido, calor, deformación plástica).
  • p: Se conserva en sistemas aislados (sin fuerzas externas netas), según la ley de conservación del momento. Esto es clave en colisiones: el momento total antes = momento total después.
• Aplicaciones Prácticas:
  • EK: Útil para calcular daños en accidentes (más EK significa más destrucción potencial).
  • p: Útil para predecir trayectorias post-colisión o equilibrar sistemas (como en cohetes o billar).

En resumen: La EK cuantifica la «potencia destructiva» del movimiento, mientras que p cuantifica la «persistencia» del movimiento. Son complementarios: p explica «hacia dónde va» el sistema, y EK explica «cuánta energía se libera».

3. Ejemplo Sencillo para Ilustrar

Imagina dos pelotas idénticas (misma masa

$m=1$ kg):

• Pelota A: Velocidad 2 m/s → EK = $\frac{1}{2}\times 1\times 4=2$ J; p = $1\times 2=2$ kg·m/s.
• Pelota B: Velocidad 4 m/s → EK = $\frac{1}{2}\times 1\times 16=8$ J (4 veces más); p = $1\times 4=4$ kg·m/s (solo 2 veces más).

Si chocan, el momento total se conserva, pero la EK podría perderse en el impacto.

4. Aplicación a la Colisión entre Alvia e Iryo

Asumamos un escenario hipotético (o basado en un incidente real; si hay detalles específicos, puedo buscar más info). Los trenes Alvia (de Renfe) e Iryo (operador privado) son de alta velocidad, con masas enormes (alrededor de 300-400 toneladas por tren) y velocidades típicas de 200-300 km/h.

• Antes de la Colisión:
  • Supongamos Alvia (masa $m_1$, velocidad $v_1$ hacia la derecha) e Iryo (masa $m_2$, velocidad $v_2$ hacia la izquierda, opuesta).
  • Momento total inicial: $p_{\text{total}}=m_1{v}_1+m_2(-v_2)$ (direcciones opuestas).
  • EK total inicial: $E{K}_{\text{total}}=\frac{1}{2}{m}_1{v}_1^2+\frac{1}{2}{m}_2{v}_2^2$.
• Durante la Colisión:
  • Es probable que sea inelástica (los trenes se deforman, no rebotan como bolas elásticas). Aquí, el momento se conserva: los trenes podrían «pegarse» y moverse juntos a una velocidad final $v_f$, calculada como:$$m_1{v}_1+m_2(-v_2)=(m_1+m_2)v_f$$Esto predice la dirección y velocidad post-impacto.
  • Pero la EK no se conserva: Mucha se convierte en deformación de vagones, chispas, sonido y calor. Por ejemplo, si velocidades son altas, la EK liberada podría equivaler a una explosión pequeña, explicando daños graves.
• Por Qué Importa en Seguridad Ferroviaria:
  • Momento: Ayuda a diseñar sistemas de frenado o barreras que absorban momento sin transferirlo a pasajeros (usando acoplamientos).
  • EK: Explica por qué colisiones a alta velocidad son catastróficas; ingenieros usan materiales que disipan EK para minimizar lesiones.
  • En la vida real, incidentes como descarrilamientos o choques (ej. el de Santiago en 2013 con Alvia) muestran cómo la no conservación de EK causa fatalities, mientras que el momento dicta la dinámica del accidente.

5. Preguntas para Reflexionar (Como en Clase)

• ¿Qué pasa si la colisión es elástica (rara en trenes)? Ambas EK y p se conservan.
• ¿Cómo calcularías numéricamente? Supongamos masas y velocidades: Alvia 350 t a 250 km/h, Iryo 300 t a 200 km/h en sentido opuesto. (Convierte unidades: 250 km/h = 69.4 m/s). ¡Intenta calcular p y EK!
• ¿Relación con otras leyes? El teorema del trabajo-energía une EK a fuerzas, mientras que p se relaciona con la segunda ley de Newton (F = dp/dt).

Si quieres ejemplos con números, simulaciones simples (puedo usar código para calcular), o más detalles sobre un incidente específico (¿hubo uno reciente?), dime. ¡Esto es física aplicada al mundo real! ¿Qué parte te gustaría profundizar?