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La
Ley de la Conservación de la Energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, si bien dicha energía, cuantificada, y del tipo que sea, puede transformarse en otra forma de energía, otro tipo distinto, igualmente cuantificada. En definitiva, otra forma de enunciar la Ley de la Conservación de la Energía, más habitual, sería: "
la energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma".
Así, por ejemplo, la
energía eléctrica que se entrega a una resistencia (calefactor, estufa, etc) se convierte en
energía calorífica por medio del Efecto Joule, elevando la temperatura del entorno adyacente. De igual forma, en un aerogenerador, tan comunes ya en nuestro paisaje peninsular, la
energía eólica, que no es más que
energía mecánica con la que el aire (en forma de viento, claro) empuja las moléculas adyacentes, impacta sobre las aspas, consiguiendo moverlas, transformándose así en
energía mecánica de rotación, y esta, a su vez, gracias a una turbina diseñada al efecto, se transforma en
energía eléctrica que un sistema colector recoge para su posterior aprovechamiento.
Tenemos así un montón de tipos de energía que se convierten los unos en los otros continuamente, sin parar, manteniendo la
energía total del universo efectivamente constante (salvando efectos de segundo grado y misterios aún por resolver, con los que no quiero ensombrecer la explicación aquí).
Un ejemplo clásico y estudiado por todos es la relación entre la
Energía Cinética y la
Energía Potencial de un sistema de partículas en mecánica newtoniana. Sabemos que si los cuerpos se consideran
masas puntuales, y se desprecian rozamientos y fricciones, la totalidad de la energía potencial de una partícula en equilibrio, abandonada al movimiento libre, se transformará por completo en energía cinética cuando dicha partícula alcance el fondo de su trayectoria.
La
Energía Cinética de un cuerpo se puede calcular como la mitad de su masa multiplicada por su
rapidez (módulo de la velocidad) al cuadrado. Por tanto, cuanto más rápidamente se desplace el cuerpo, mayor será su energía cinética, mientras que si el cuerpo se encuentra en reposo, la energía cinética será cero.
La
Energía Potencial, o mejor, el incremento de Energía Potencial que sufre un cuerpo se puede calcular como el producto de su masa, la constante g (aceleración de la gravedad) y la
diferencia de alturas entre el punto final y el inicial. Así, si el cuerpo se desplaza a puntos más bajos, su energía potencial disminuirá, mientras que si se desplaza a puntos más altos, aumentará.
En un
sistema pendular en el que se desprecien tensiones de la cuerda, la masa originalmente en reposo,
en el punto más alto de la trayectoria, tendría energía cinética nula y un máximo de energía potencial. Abandonada al movimiento libre, la energía cinética comenzaría a aumentar y la potencial a disminuir, hasta alcanzar el
punto más bajo de su trayectoria, en el que la energía cinética sería máxima (también su rapidez) y la energía potencial sería nula (con respecto al sistema de referencia inicial), mientras que al alcanzar el punto opuesto al original y de nuevo quedar en equilibrio inestable, volvería a anularse la energía cinética y la energía potencial sería máxima. Esta secuencia de situaciones se repetiría
in eternum sin alterar para nada el funcionamiento descrito... de no ser por el
rozamiento del aire.
Afortunadamente, según el caso,
el rozamiento del aire hace que parte de la energía de la masa puntual se vaya "perdiendo" (evidentemente no se pierde, se transforma: pasa de ser energía cinética a "calentar" ligerísimamente el aire, y a desplazarlo, al paso de nuestra masa colgada del péndulo, fenómenos para los cuales, evidentemente,
hace falta invertir energía en el entorno, "perdiéndola" del sistema formado por la masa y la cuerda), de forma que en cada oscilación, la masa tendría un poquito menos de energía, faltando exactamente la que se ha transformado, y por tanto (véanse las fórmulas más arriba, y la explicación que las acompaña), alcanzando un poco menos de rapidez en su punto más bajo de la trayectoria, y un poco menos de altura en su punto más alto.
Ahora, os invito a ver este video, de una clase del
Prof. Walter Lewin, profesor de Física en el
MIT:
Uno reflexiona, y aplicando la
Ley de Conservación de la Energía, concluye:
La energía que el Prof. Lewin invierte en sus clases, esfuerzo personal, riesgo vital incluso, materiales, tiempo dedicado en experimentos y montajes,
no es energía perdida, no cae en saco roto, sino que se transforma en
afán de conocimiento y voluntad activa de participación en el intercambio por parte de sus alumnos, que aprenden "jugando", y que nunca, y digo nunca, olvidarán esas lecciones, aparte de por el impacto visual que suponen, por lo novedoso y original del planteamiento, además de la cercanía con el educador y el patente
éxito inmediato del proceso de formación. Y además, supone una fabulosa publicidad para el MIT.
Cuando uno piensa en cómo nos explicaron aquí la física... no puede sino pensar en que algunos sistemas abiertos, inmersos en
El Sistema (con mayúscula), están en constante estado vegetativo (no siempre por culpa suya, desde luego) y de pérdida continua de energía, que supongo irá a parar a alguno de los
muchos agujeros negros que se encargan por doquier de absorber el conocimiento...Enlaces:
Entrevista a Walter Lewin, "Quiero morir en una clase".
Reportaje en People of the Web, de Yahoo! News, "High Wire Act".
Página institucional del Prof. Walter Lewin en el MIT.
Videos de las clases de Walter Lewin en el
portal MIT TechTV.
Video promocional de Walter Lewin en el
portal MIT TechTV.
Gracias a Lavitz por hacérmelo conocer ^_^
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