Energía - Trabajo - Potencia

He transitado el camino de las ciencias, desde Newton hasta nuestros días, y sin embargo no he referido a aquello que es esencial a la vida, la energía. Si miramos a nuestro derredor vemos que las plantas crecen, los animales se trasladan y las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan de la energía.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias, y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. La energía también esta presente en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición del agua mediante la corriente eléctrica.

El término energía entonces, tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología o economía, energía se refiere a un recurso natural para extraerlo, transformarlo, y luego darle un uso industrial o económico.

La energía es sólo una magnitud escalar que se asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo, un sistema con energía cinética nula indica que ese sistema esta en reposo.

En síntesis la energía es una magnitud física que se presenta bajo diversas formas, por tanto, todo cuerpo es capaz de poseer energía, y esto es gracias a su movimiento, o a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y / o a algunas otras propiedades.

En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas relacionadas con el concepto de trabajo. En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la energía se denomina Joule o Julio y se indica con la letra J.

Si la energía es la capacidad para realizar un trabajo, entonces se dice que el trabajo es una de las formas de transmisión de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza, sobre un cuerpo, y que éste se desplace.

El trabajo (se indica con la letra W) de una fuerza, en la dirección del movimiento (Fx), se obtiene multiplicándola por el desplazamiento (s) del cuerpo. Es decir: W = Fx . s . Por tanto, el trabajo se mide en Joule (J), o sea, Newton (N) unidad de medida de las fuerzas, por metros (m) unidad de medida del desplazamiento. Matemáticamente J = N.m

Otro concepto que es necesario apuntar aquí es el de potencia. La potencia (P) es la relación entre el trabajo realizado, y el tiempo (t) empleado. Se mide en watios (w) en el Sistema Internacional, o sea, se gasta un watio de potencia, cuando se realiza un joule de trabajo, en un segundo. La potencia mide la rapidez con que se efectúa un trabajo, es decir, la rapidez con que tiene lugar la transferencia de energía, desde un cuerpo a otro. P = W / t

Supón que quieres subir una carga, escaleras arriba, si lo haces lentamente o corriendo no importa, el trabajo es el mismo, sólo te sentirás más descansado, si lo haces despacio, y probablemente te sientas agotado, si lo haces corriendo. Esto acontece porque has realizado el mismo trabajo en menos tiempo; en otras palabras, al emplear menos tiempo necesitarás mayor potencia.

La energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, es decir, la que poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y Energía potencial (gravitatoria y elástica).

La energía cinética (Ec) se define como la energía asociada al movimiento, depende de la masa m y la velocidad v, con lo cual, un cuerpo de masa m que lleva una velocidad v posee energía. Esta resulta de multiplicar: la mitad de la masa por el cuadrado de la velocidad.

Veamos, la rapidez esta elevada al cuadrado, de modo que si se duplica la rapidez de un objeto (v = 2), su energía cinética se cuadruplica (2² = 4). Esto significa que, se requiere un trabajo cuatro veces mayor, para duplicar la velocidad de un objeto; también significa, que se requiere un trabajo cuatro veces mayor, para detener el objeto.

Por otra parte, la energía potencial (Ep) se define como la energía determinada por la posición de un cuerpo. Esta energía depende de la altura y el peso del cuerpo, con lo cual, un cuerpo de masa m, situado a una altura h (asumiendo que se encuentra en el planeta, por lo que existe aceleración gravitacional) posee energía.

Debido a que esta energía depende de la posición del cuerpo, con respecto al centro del planeta, se la llama energía potencial gravitacional, y se debe a la posición elevada de un objeto, por ejemplo, el agua, en un tanque elevado, tiene energía potencial gravitacional. La cantidad de energía potencial gravitacional que posee un objeto elevado es igual al trabajo realizado, contra la gravedad, para llevarlo a esa posición.

A su vez hay tres tipos de energía potencial:

- La energía potencial elástica, la que posee un muelle o resorte estirado o comprimido,

- La energía potencial química, la que posee un combustible, capaz de liberar calor y

- La energía potencial eléctrica, la que posee un condensador cargado, capaz de encender una lámpara.

La energía química de los combustibles, es energía potencial ya que es, de hecho, energía de posición a la escala microscópica. Esta energía se hace disponible, cuando se alteran las posiciones de las cargas eléctricas que están dentro y alrededor de las moléculas, es decir, cuando ocurre un cambio químico.

Toda sustancia capaz de realizar trabajo por acción química posee energía potencial. Hay energía potencial en los combustibles fósiles, en las baterías eléctricas y en los alimentos que se ingieren.

En algunas ocasiones, un cuerpo puede tener ambas energías (cinética y potencial), por ejemplo, una piedra al caer de lo alto de un edificio. Tiene energía potencial porque tiene peso y esta a una altura, al pasar los segundos, la irá perdiendo al ir disminuyendo la altura, y ganará en energía cinética, porque al caer lleva velocidad, que irá aumentando gracias a la aceleración de la gravedad.

La energía cinética y la energía potencial se transforman entre sí, su suma se denomina energía mecánica, y en determinadas condiciones permanece constante. Si no hay rozamiento, la energía mecánica siempre se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye.

Si hay rozamiento, la energía mecánica varía, se pierde energía mecánica con la aparición de energía térmica, provocada por el rozamiento.

Para finalizar dejo algunos casos de La tecnología asociada con la energía mecánica:

Energía hidráulica, se deja caer agua y se aprovecha la energía potencial obtenida. Se utiliza para generar energía eléctrica.

Energía eólica, producida por los vientos, generados en la atmósfera terrestre. También se utiliza para generar energía eléctrica, entre otros aprovechamientos.

Energía mareomotriz, producto del movimiento de las mareas y las olas del mar. Se transforma en energía eléctrica.

La energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etcétera, pero ese será tema de otra entrada.

Esta entrada la conformé con datos extraídos de Wikipedia.