La energía y cómo puede cambiar de forma. Energía cinética, potencial y química.

Introducción

¿Qué significa tener energía? Bueno, piensa en cómo te sientes cuando despiertas por la mañana. Si tienes mucha energía, eso significa que probablemente te sientes despierto, listo para salir y capaz de hacer todo lo que tienes que hacer durante el día. Si no tienes energía (quizá porque no dormiste tus ocho horas de sueño) entonces puede que no quieras salir de la cama y moverte o hacer las cosas que tienes que hacer.
Aunque esta definición de energía es informal y cotidiana, no científica, en realidad tiene mucho en común con la definición formal de la energía (y puede proporcionarte una manera útil de recordarla). Específicamente, la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo, lo cual, en términos biológicos, puede considerarse como la habilidad de generar algún tipo de cambio. La energía puede tomar muchas formas: todos estamos familiarizados con la luz, el calor y la energía eléctrica.
Aquí veremos algunos tipos de energía que son particularmente importantes en los sistemas biológicos, incluyendo la energía cinética (energía del movimiento), la energía potencial (energía debida a la posición o estructura) y la energía química (la energía potencial de los enlaces químicos). La energía nunca se pierde, pero se puede convertir de una de estas formas a otras.

Energía cinética

Cuando un objeto está en movimiento, hay energía asociada a ese objeto. ¿Por qué ocurre esto? Los objetos en movimiento son capaces de causar un cambio o, dicho de otro modo, de realizar un trabajo. Por ejemplo, piensa en una bola de demolición. Incluso una que se mueve lentamente puede hacer mucho daño a otros objetos, como una casa vacía. Sin embargo, una bola de demolición que no se mueve no hace ningún trabajo (y no derriba ningún edificio).
La energía asociada con el movimiento de un objeto se llama energía cinética. Una bala que viaja a gran velocidad, una persona caminando y la radiación electromagnética como la luz, todas tienen energía cinética. Otro ejemplo de energía cinética es la energía presente en la constante vibración aleatoria de átomos o moléculas. Esta también es llamada energía térmica —entre mayor sea la energía térmica, mayor es la energía cinética del movimiento de los átomos, y viceversa. La energía térmica promedio de un grupo de moléculas es a lo que le llamamos temperatura y, cuando la energía térmica es transferida entre dos objetos, la llamamos calor.

Energía potencial

Regresemos a nuestro ejemplo de la bola de demolición. La bola inmóvil no tiene energía cinética. Pero, ¿qué sucedería si la levantamos a dos pisos de altura con una grúa y la suspendemos sobre un automóvil? En este caso, la bola de demolición no se mueve, pero, de hecho, tiene energía. La energía de la bola suspendida refleja su potencial de realizar un trabajo (en este caso, daño). Si liberáramos la bola, realizaría un trabajo al convertir en tortilla el pobre automóvil de alguien. Y si la bola fuera más pesada, la energía asociada a ella sería mayor.
Este tipo de energía se conoce como energía potencial y es la energía asociada a un objeto debido a su posición o estructura. Por ejemplo, la energía en los enlaces químicos de una molécula está relacionada con la estructura de la molécula y las posiciones relativas de sus átomos. La energía química, esto es, la que se encuentra almacenada en los enlaces químicos, se considera una forma de energía potencial. Algunos ejemplos cotidianos de energía potencial incluyen la energía del agua contenida detrás de una presa o una persona a punto de saltar en paracaídas desde un avión.

Conversiones de energía

La energía de un objeto puede convertirse de una forma a otra. Consideremos nuestro ejemplo favorito, la bola de demolición. Cuando la bola cuelga inmóvil a varios pisos de altura, no tiene energía cinética pero sí un mucha energía potencial. Una vez liberada, su energía cinética empieza a aumentar porque su velocidad se incrementa debido a la gravedad, mientras que su energía potencial empieza a disminuir porque ya no está tan lejos del suelo. Justo antes de golpear el piso, la bola de demolición casi no tiene energía potencial pero sí mucha energía cinética.
Los mismos tipos de conversión son posibles con la energía química y hay muchos ejemplos en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, el octano, un hidrocarburo de la gasolina, tiene energía química (energía potencial) debido a su estructura molecular, que se muestra en la ilustración superior. Esta energía se libera cuando se quema la gasolina dentro del motor de un coche, lo que produce gases de alta temperatura que mueven los pistones del motor y, en última instancia, impulsan el auto hacia adelante (energía cinética)1^1. Parte de la energía química se convierte en la energía cinética del auto, mientras que otra parte se convierte en energía térmica en forma del calor que emite el motor.
La energía puede cambiar de forma de manera semejante en los organismos vivos. Por ejemplo, la energía almacenada en la pequeña molécula ATP (energía potencial) puede impulsar el movimiento de una proteína motora y su carga a lo largo de una pista de microtúbulos o la contracción de las células musculares para mover una extremidad (energía cinética).
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