lunes, 21 de abril de 2008

Energías: conservación, aprovechamiento e inversiones

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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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4 comentarios:

Fanmakimaki ファンマキマキ dijo...

Tuve un profesor de Física emblemático, Aguilar, el que escribió la gran mayoría de los libros de Fisica que se estudian en el colegio. Su modo de explicar era tan hipnotizante que casi no tomaba apuntes.

Eso no quita para que fuese el mayor cabronazo poniendo examenes.

Pero el mejor profesor que he tenido nunca.

Crepúsculo dijo...

Pues yo recuerdo un profesor de electromagnetismo que un día tuvo un brote extraño y acabó desnudo por la escuela de ingenieros saludando a los alumnos...

Ya ves, al cabo del tiempo volvió a aparecer todo "liberado" con un pendiente en la oreja..

Explicaba FATAL....

edu dijo...

mi actual profesor de f�sica,un joven pipiolo que en su vida ha dado clases y explica con un petardo en el culo, y un lapiz en la oreja dia tras dia...hay algun profesor de f�sica medianamente normal...no pido que sea moderno,jaja...

;)

BarakKhazad dijo...

Fanma, yo en realidad también tuve buenos profesores de Física, no me quejo demasiado. Pero vamos, la tónica general es la que es...
Y con respecto a los exámenes, pues sí, nos juntaban a todas las clases de ciencias en la capilla, y ala! a hacer exámenes de 2 horas, por primera vez en la vida, con un Cristo enorme vigilando... q mal rollo... era demasiada presión psicológica :P

Crepúsculo, eso pasó donde yo me sé, nooooooop? Pero no sabía que después había reaparecido con un pendiente! :O
Lo dicho, la presión psicológica...

Edu, lo del petardo no lo cogí... igual es un chiste demasiado moderno para mí XD
Pero sí, para ser profe de física te exigen ciertas cosas que suelen excluir modernez y modernidad...

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