Justificar las siguientes frases (es decir, porque están correctas las siguientes afirmaciones, puede ser con un ejemplo o con definiciones).
a. “La energía no se pierde”
b.“La energía se almacena”
c.“La energía se transforma”
Respuestas
“La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma” ¿Cuántas veces hemos leído, escuchado y hasta memorizado esta frase? Recuerdo que cuando niño mi mamá me enseñó que el lugar más importante de la casa es donde están los libros (como conté hace un tiempo) y así encontré un libro de química donde leí este “principio” por primera vez. Esta frase nos dice que la energía no se pierde, no desaparece, sólo puede convertirse de un tipo de energía en otro. Para comprender este principio veamos primero qué es la energía.
¿Qué es la energía?
Mencionaba en otro artículo que la palabra energía suele ser manoseada y usada ampliamente por promotores de disciplinas pseudocientíficas que hablan de la energía espiritual y cosas así para tratar de vender sus fraudes, por lo que trataré de explicar qué es la energía (la de verdad, no la de los charlatanes).
Los físicos definen energía como “la capacidad de realizar trabajo”, lo que puede entenderse como “la capacidad de mover un objeto de un punto a otro”. La energía puede clasificarse en dos tipos: cinética y potencial. La más simple de entender es la energía cinética, que se refiere a la energía del movimiento (cinética proviene del griego kineo que significa movimiento). Ya que cualquier cuerpo en movimiento tiene la capacidad para mover a otro (por ejemplo en una colisión), decimos que los objetos que se mueven tienen energía, esa energía se llama energía cinética.
Imaginemos un experimento en el que lanzamos una pelota contra otra en reposo (y por ello sin energía cinética). Dado que la primera pelota se mueve decimos que posee energía cinética: después de colisionar, ambas pelotas se estarán moviendo, decimos que ambas poseen energía cinética después de la colisión. Si sumamos la energía de ambas pelotas luego de la colisión obtendremos la misma energía antes de la colisión, por eso decimos que la energía se conserva, no se destruye.
Existe otro tipo de energía llamada potencial. Esta se refiere a energía que no es tan evidente como la cinética porque está almacenada de alguna manera, aunque puede llegar a transformarse en energía cinética. Supongamos un segundo experimento en el que sostenemos la pelota en lo alto de una torre. La pelota está en reposo (no se mueve) por lo tanto tiene cero energía cinética, sin embargo sabemos que si la soltamos la pelota comenzará a moverse, es decir, adquirirá energía cinética. ¿De dónde proviene esa energía? Sabemos que la energía no puede crearse de la nada, por lo tanto la energía cinética que la pelota adquirirá en su caída debe provenir de otro lugar. La respuesta (en este ejemplo) es la gravedad: la pelota no llegó a lo alto de la torre por si sola, alguien tuvo que subir la escalera para ponerla allá arriba y ese alguien usó su energía (gracias las calorías proporcionadas por un buen desayuno esa mañana) para moverse en contra de la fuerza de gravedad y llevar la pelota a la torre. Mientras la pelota era llevada desde el piso hasta lo alto de la torre su energía aumentaba con la altura, pero esa energía no es cinética, por el contrario es una energía que tiene “el potencial” de convertirse en cinética: esa energía es la energía potencial. En este ejemplo hablamos de energía potencial gravitatoria la que sólo depende de la masa de la pelota m, el valor de la aceleración de gravedad (que nos dice cuán rápido acelera un objeto en caída libre y denotada por g), y la altura h.
Esa energía E=mhg quedó almacenada en la pelota y apenas la soltamos comienza a transformarse en energía cinética. Puede demostrarse que la velocidad de la pelota al chocar con el piso es v=\sqrt{2gh}, es decir, mientras más alta la torre h, más rápido se moverá la pelota cuando llegue al piso.
Existen otros tipos de energía potencial, por ejemplo una flecha en un arco a punto de ser lanzada posee energía potencial elástica la que proviene del esfuerzo del arquero para estirar la cuerda, por eso Katniss Everdeen consume un buen desayuno al comienzo de los Hunger Games.