La energía cinética está asociada al movimiento de un cuerpo y se define como la energía que posee debido a su velocidad. Siempre es positiva o nula ( si la velocidad = 0), ya que tanto la masa como el cuadrado de la velocidad son magnitudes positivas. Por lo tanto, la energía cinética nunca puede tener un valor negativo, ya que se basa en cantidades que siempre son positivas.

La energía cinética \( K \) se calcula con la fórmula:

\[ K = \frac{1}{2} m v^2 \]

– \( m \) es la masa del objeto (siempre positiva).
– \( v \) es la velocidad del objeto.

Por otro lado, la energía potencial está asociada a la posición de un objeto en un campo de fuerza, como el campo gravitatorio.

La energía potencial gravitatoria \( U \) se calcula con la fórmula:

\[ U = mgh \]

– \( m \) es la masa del objeto (siempre positiva).
– \( g \) es la aceleración debido a la gravedad.
– \( h \) es la altura del objeto con respecto al origen.

Puede ser positiva, negativa o nula, dependiendo del origen de coordenadas. Si el origen se define en un punto por encima del objeto, la energía potencial gravitatoria se toma como negativa; si se define por debajo, se considera positiva. Es decir,  que dependiendo de dónde se coloque el origen de las alturas, puede cambiar el signo de la energía potencial.

Ejemplo de cómo la energía potencial puede ser positiva o negativa dependiendo de la elección del  origen de coordenadas.

Por ejemplo, si lanzamos una pelota hacia arriba desde el suelo, podemos definir el origen de las alturas en el suelo mismo. En este caso, cuando la pelota está en el suelo, su altura es cero y, por lo tanto, su energía potencial gravitatoria es cero. A medida que la pelota se eleva, su altura aumenta y, por lo tanto, su energía potencial gravitatoria también aumenta, siendo positiva en este marco de referencia.

Ahora, si elegimos definir el origen de las alturas en la posición máxima alcanzada por la pelota, entonces cuando la pelota está en el suelo, su altura es negativa (debajo del origen) y su energía potencial gravitatoria también será negativa. A medida que la pelota se eleva desde el suelo hacia esta nueva referencia, su altura aumenta y, por lo tanto, su energía potencial gravitatoria se hace menos negativa, hasta llegar a cero en la posición máxima.

Este ejemplo ilustra cómo el signo de la energía potencial gravitatoria depende del marco de referencia elegido.

Curiosidad adicional

Es importante destacar que la masa siempre es una magnitud positiva. Aunque se especula que podría existir o crearse artificialmente masa con masa negativa, conocida como «materia exótica«, no se ha confirmado experimentalmente y sigue siendo un concepto teórico. Esta masa negativa podría tener efectos sorprendentes, como la posibilidad de generar campos gravitatorios repulsivos en lugar de atrayentes.

Con la «materia exótica», podríamos encontrarnos con fenómenos extraordinarios, como la creación de lo que se conoce como «motor de Alcubierre«.

Este concepto, propuesto por el físico mexicano Miguel Alcubierre, sugiere la posibilidad teórica de viajar más rápido que la luz. En términos simples, el motor de Alcubierre es una especie de «nave espacial» que no se mueve realmente, sino que crea una «burbuja» de espacio-tiempo a su alrededor que se expande y contrae. Esto permitiría que la nave viajara a velocidades increíbles sin violar las leyes de la relatividad, ya que no sería la nave la que se mueve, sino el espacio a su alrededor. Sin embargo, aún es un concepto puramente teórico y no se ha demostrado su viabilidad práctica.

La física es fascinante