Qué es la energía potencial
Este pequeño documento analiza el desarrollo del concepto de energía en la física. Por el camino, también discutiremos si la energía es o no “real” o sólo una forma conveniente de pensar en el universo físico. Aunque casi no se utilizan las matemáticas, se presupone cierta familiaridad con la mecánica clásica, al menos a nivel de bachillerato.
Más arriba he tenido el cuidado de decir que en algunas interacciones la energía cinética se conserva. En otras interacciones, aunque la energía cinética no se conserva, podemos construir la noción de energía potencial, y la suma de la energía cinética y potencial se conserva. En otras interacciones, tenemos que añadir otro término: la energía térmica de los objetos. Así que terminamos con tres términos para la energía total: la energía cinética más la energía potencial más la energía térmica, pero seguimos diciendo que la energía total se conserva.
He aquí una analogía con la situación que acabo de describir. Como probablemente sepas, de 1985 a 1995 una tira cómica muy popular fue Calvin y Hobbes, de Bill Watterson. En ella, un niño llamado Calvin se especializa en ser malo. Su mejor amigo es un tigre de juguete llamado Hobbes, que sólo cobra vida cuando Calvin está presente.
Unidad de energía
ResumenAlgunos físicos han señalado que no sabemos qué es la energía. Muchos estudios han demostrado que el concepto de energía es un problema para la enseñanza. Un estudio de la historia del concepto muestra que los descubridores de la energía no encontraron nada indestructible y transformable, sino que el concepto de energía sufrió un cambio de significado y la energía fue considerada una sustancia hacia finales del siglo XIX. Al distinguir entre el tratamiento de los fenómenos y las teorías llevadas a cabo por Mayer y Joule, se puede concluir que establecieron equivalencias entre diferentes dominios, como el movimiento y el calor, el movimiento y la electricidad o la posición y el movimiento. Esto se ajusta a la interpretación presentada en los libros de texto publicados hace aproximadamente un siglo y permite superar algunas dificultades con el concepto de energía.
Ricardo Lopes Coelho.Derechos y permisosImpresiones y permisosSobre este artículoCite este artículoLopes Coelho, R. On the Concept of Energy: How Understanding its History can Improve Physics Teaching.
Energía química
La energía es una palabra comúnmente utilizada por la mayoría de la gente para significar fuerza y vitalidad. Se oye hablar de ella todo el tiempo, como “No tengo energía para hacer eso”, “Necesitamos más energía renovable” y “Debemos disminuir nuestra dependencia de la energía no renovable”. Pero en física, la energía tiene un significado específico. Se define como la capacidad de realizar un trabajo.
Para entender el concepto de energía, es importante comprender lo que significa el trabajo. Cuando se aplica una fuerza a un objeto para desplazarlo una cierta distancia, se dice que se ha realizado un trabajo. Algunos ejemplos de trabajo en la vida cotidiana son mover una silla de un lugar a otro o que un trabajador levante una carga.
Para que se realice un trabajo, hay que aplicar una fuerza a un objeto, desplazarlo una cierta distancia y que haya una causa. Por tanto, el trabajo tiene tres ingredientes clave: fuerza, desplazamiento y causa. Esto se expresa matemáticamente mediante la ecuación W = F * d (para una fuerza constante en la dirección del movimiento), donde W es el trabajo, F es la fuerza aplicada y d es el desplazamiento.
Energía mecánica
La energía se define como la “capacidad de realizar un trabajo, que es la capacidad de ejercer una fuerza que provoca el desplazamiento de un objeto”. A pesar de esta confusa definición, su significado es muy sencillo: la energía es simplemente la fuerza que hace que las cosas se muevan.
La energía se divide en dos tipos: potencial y cinética. La mejor manera de pensar en ellas es que la energía potencial se produce antes de una acción, y la energía cinética se produce durante una acción. Imagina que sostienes tu libro de física en el aire. Tiene el potencial de caerse, simplemente por su posición elevada. Si dejas que el libro de texto caiga, la energía potencial se convierte en energía cinética: la energía del propio movimiento.
Podría decirse que la ley más importante que hay que tener en cuenta al estudiar la transferencia de energía es la Ley de Conservación de la Energía. En pocas palabras, hay una cantidad finita de energía en el mundo, por lo que nunca se puede crear ni destruir ninguna. Esto significa que cuando algo pierde energía, no puede desaparecer realmente, sino que se transfiere a otra cosa.