Energía

La energía es la capacidad de hacer que las cosas cambien, y los procesos por los que se produce este cambio son el trabajo y el calor. La energía no es algo material pero está ligada a todos los cuerpos. Ella existe en el sonido, el calor, la electricidad y la luz.

Usamos la palabra energía en nuestro día a día, pero le corresponde a la física explicar el concepto de energía. De esta manera la mejor definición de energía es la habilidad para realizar un trabajo. El trabajo se hace cuando una fuerza provoca que un objeto se mueva.

En el Sistema Internacional (SI) la unidad de la energía es el joule, cuyo símbolo es J, en honor a James Joule (1818-1889).

Tipos de energía

Existen apenas dos tipos fundamentales de energía: la energía cinética y la energía potencial. Podemos mencionar muchas formas en que estas energías se presentan: como energía eléctrica, térmica, nuclear, química y radiante. Al final, todas ellas son diferentes manifestaciones de energía cinética y potencial.

Energía cinética

Energia cinética
El movimiento es energía cinética.

Esta es la energía asociada con el movimiento. Una pelota rodando, una pelota cayendo, un caballo corriendo y el viento son ejemplos de energía cinética.

La energía cinética puede ser calculada a partir de la siguiente fórmula:

negrita E subíndice negrita c negrita igual fracción negrita 1 entre negrita 2 negrita m negrita. negrita v elevado a negrita 2

donde m es la masa en kilogramos y v es la velocidad en metros por segundo (m/s).

Energía potencial

Energia potencial gravitatoria
Cuando alguien está a cierta altura posee energía potencial gravitatoria con respecto a la Tierra.

La energía potencial es el otro tipo fundamental de energía y se representa por Ep. Es una energía que depende de la posición de algo con respecto a un punto de referencia y está relacionada con las posibilidades de interacción entre los cuerpos. Existen varios tipos de energía potencial: gravitacional, eléctrica, elástica, química, entre otras. 

La energía potencial gravitacional puede ser calculada a partir de la fórmula:

negrita E subíndice negrita p negrita igual negrita m negrita. negrita g negrita. negrita h

donde m es la masa en kilogramos, g es la contante de aceleración gravitacional (9,8 m/s2) y h es la distancia entre el objeto y el punto de referencia.

Ley de conservación de la energía

La ley de conservación de la energía es una ley física que establece que la energía no puede ser creada ni destruida. En su lugar, la energía se transforma, es decir, pasa de una forma a otra. Esto fue descrito por primera vez por Julius Robert von Mayer (1814-1878), uno de los fundadores de la termodinámica. 

Transformaciones de la energía

Los vehículos se mueven porque la energía química de la gasolina se transforma en energía cinética y térmica para prender el motor. Cuando dos carros a cualquier velocidad chocan, sus energías cinéticas se transforman en energía sonora (sonido), en energía térmica (calor) y en energía cinética de los pedazos que salen volando.

Existe transformación de energía cuando con una resortera o tirachinas lanzamos una piedrita u otro objeto. Cuando nos balanceamos en un columpio, se transforma energía cinética dada por el movimiento, en energía potencial gravítacional adquiriendo altura.

Transferencia de energía

El trabajo y el calor son procesos de transferencia de energía. Una persona que empuja una caja, la pone en movimiento adquiriendo energía cinética. La energía inicial estaba en la persona y haciendo un trabajo se la transfirió a la caja.

Si un sistema interactúa con otro a diferente temperatura hay una transferencia de energía desde el sistema con mayor temperatura al de menor temperatura. Esta transferencia es lo que conocemos como calor.

Disipación de la energía

Cualquiera que sea la naturaleza de los procesos siempre hay una parte de la energía que se disipa, es decir, no es aprovechada de forma útil. Esto se refleja en la Segunda Ley de la Termodinámica: en los procesos espontáneos la energía útil disminuye y el rendimiento de una maquina es siempre inferior a 100%.

La fuerza de rozamiento o el roce cuando empujamos un objeto y la resistencia del aire son otras formas de disipación de la energía. Sin la resistencia del aire, los paracaidistas llegarían con una mayor velocidad al suelo y, por ende, con mayor energía cinética. 

La disipación de la energía no puede ser evitada totalmente. Por eso necesitamos aprovechar mejor la energía disponible para aminorar la explotación de los recursos energéticos, que son limitados, buscando prevenir la crisis energética.

Fuentes de energía

La fuente principal de energía para la Tierra es el Sol. La energía solar es el resultado de la fusión nuclear de átomos de hidrógeno.

De forma tradicional obtenemos energía de los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón. Estos fueron una vez materia orgánica, también producto de la energía solar, a través de la fotosíntesis y la captación de la luz. Como tal, son consideradas fuentes de energía no renovables, puesto que su formación tomó millones de años.

Cuando obtenemos energía del sol, del viento, de las olas del mar o de biocombustibles, estas son fuentes de energía renovables, pues se pueden producir constantemente. Otra de las ventajas de estas energías es que no son contaminantes, como si lo son los combustibles fósiles.

Vea también:

Ejercicios resueltos de energía

1. ¿Cuál energía cinética será mayor: la del electrón alrededor del protón en el hidrógeno, o la de la Tierra en su movimiento de traslación alrededor del Sol?

Sabemos que la masa del electrón es me=9,109 x 10-31 kg y la velocidad es v=2,2 x 106 m/s. Calculamos su energía cinética por la fórmula:

negrita E subíndice negrita c subíndice negrita e fin subíndice negrita igual fracción negrita 1 entre negrita 2 negrita m subíndice negrita e negrita v subíndice negrita e elevado a negrita 2 negrita igual fracción negrita 1 entre negrita 2 negrita 9 negrita coma negrita 109 negrita x negrita 10 elevado a negrita menos negrita 31 fin elevado negrita espacio negrita kg negrita espacio negrita. negrita espacio negrita paréntesis izquierdo negrita 2 negrita coma negrita 2 negrita x negrita 10 elevado a negrita 6 negrita m negrita dividido por negrita s negrita paréntesis derecho elevado a negrita 2 negrita igual negrita 2 negrita coma negrita 2 negrita x negrita 10 elevado a negrita menos negrita 18 fin elevado negrita J

Por otro lado, la masa de la Tierra es mT=5,974 x 1024 kg y su velocidad es v=30km/s=30.000km/s. Calculamos su energía cinética:

negrita E subíndice negrita c subíndice negrita T fin subíndice negrita igual fracción negrita 1 entre negrita 2 negrita m subíndice negrita T negrita v subíndice negrita T elevado a negrita 2 negrita igual fracción negrita 1 entre negrita 2 negrita 5 negrita coma negrita 974 negrita x negrita 10 elevado a negrita 24 negrita kg negrita. negrita paréntesis izquierdo negrita 3 negrita coma negrita 0 negrita x negrita 10 elevado a negrita 4 negrita espacio negrita m negrita dividido por negrita s negrita paréntesis derecho elevado a negrita 2 negrita igual negrita 2 negrita coma negrita 7 negrita x negrita 10 elevado a negrita 33 negrita J

La energía cinética de la Tierra es mucho mayor que la del electrón.

2. Se coloca un objeto en la Tierra a una cierta altura h del suelo. Suponga que ese objeto es colocado en la Luna a la misma altura, siendo la aceleración gravitacional seis veces menor que en la Tierra. Relacione la energía potencial gravitacional del sistema cuerpo-Luna con la energía potencial gravitacional del sistema cuerpo-Tierra.

La energía potencial gravitacional en la Tierra es EpTierra=m.g.h y la energía potencial gravitacional en la Luna es EpLuna=m.g'.h, siendo g'=1/6 

fracción negrita E subíndice negrita pTierra entre negrita E subíndice negrita pLuna negrita igual fracción numerador negrita m negrita. negrita h negrita. negrita g entre denominador negrita m negrita. negrita h negrita. negrita g negrita apóstrofo fin fracción negrita igual fracción numerador estilo mostrar tachado diagonal hacia arriba negrita m negrita. tachado diagonal hacia arriba negrita h negrita. tachado diagonal hacia arriba negrita g fin estilo entre denominador tachado diagonal hacia arriba negrita m negrita. tachado diagonal hacia arriba negrita h negrita. estilo mostrar fracción numerador tachado diagonal hacia arriba negrita g entre denominador negrita 6 fin fracción fin estilo fin fracción negrita igual negrita 6

negrita E subíndice negrita pTierra negrita igual negrita 6 negrita E subíndice negrita pLuna

Esto es, la energía potencial gravitacional de un objeto a una cierta altura del suelo es seis veces mayor que la energia potencial gravitacional del mismo objeto a la misma altura del suelo lunar.