Contenido principal
Física de bachillerato
Energía y campos
Cuando dos objetos que interactúan a través de un campo cambian de posición relativa, la energía almacenada en el campo cambia. Creado por Sal Khan.
¿Quieres unirte a la conversación?
Sin publicaciones aún.
Transcripción del video
En videos anteriores hemos definido la
energía como la capacidad de realizar un trabajo. Hemos hablado también de la noción
de campo, sobre ideas como campo eléctrico o campo gravitacional. Los conceptos
anteriores son construcciones mentales que hemos creado para explicar la
fuerza en relación a una distancia. Por ejemplo, si tenemos un planeta aquí
y otro objeto por aquí, que tiene masa, sabemos que van a ejercer fuerzas entre sí,
y en realidad son fuerzas iguales y opuestas. Los científicos pensaron: “bueno,
si los objetos no se tocan entre sí, ¿cómo ejercen fuerzas el uno sobre el otro?
Por esta razón introdujeron la noción de campo, el cual es producido por cada uno de los objectos,
una especie de campo gravitacional. Einstein más tarde estableció que en realidad, están deformando
el espacio, el tiempo, etcétera, etcétera. Sin embargo, un campo es una forma
de explicar cómo los objetos son capaces de inducir una fuerza, por
así decirlo, el uno en el otro. De manera similar, cuando tenemos dos
cargas eléctricas, --imagina que son dos cargas negativas como estas--, sabemos que
ambas se repelen una a la otra, es decir, que las cargas iguales se repelen.
Si no se están tocando, ¿cómo saben las partículas que se está aplicando una
fuerza sobre ellas en direcciones opuestas? Nuevamente, existe la idea de que cada una
de las partículas produce un campo tal que cada partícula se encuentra en el campo
de la otra carga eléctrica. Y entonces ese campo de alguna manera aplica una fuerza o
hace que esa fuerza actúe sobre la otra carga. El concepto de campo es muy
útil para predecir lo que pasará y cuantificar cómo podría suceder, sin embargo, es solamente una herramienta teórica para
facilitar el entendimiento del universo. A continuación, analicemos esta rueda hidráulica.
Observa cómo el agua baja desde aquí y luego cae. Mientras cae, empuja y llena estos
objetos que luego la mueven hacia abajo. Y entonces toda la rueda gira, por lo que la
rueda podría realizar un trabajo que de hecho, podría ser trabajo útil.
En un contexto de física, no todo trabajo es necesariamente útil.
Pero este caso en particular podría serlo. Después, piensa en una sola gota
de agua en diferentes situaciones: una cuando se encuentra en la parte superior
contra la misma gota que ha bajado todo el camino y al final se ha vuelto parte
de lo que suponemos, es un arroyo. Ahora bien, ¿en cuál situación la gota de agua
tiene mayor capacidad para realizar un trabajo? Pausa este video y reflexiona tu respuesta. Bueno, acabamos de mencionar que cuando
la gota de agua está aquí arriba, adquiere la capacidad a medida que cae, debido al campo gravitacional,
que la está atrayendo hacia abajo. Por cierto, si el campo gravitacional está
atrayendo a la gota de agua hacia abajo, a su vez, esa gota también
está atrayendo a la Tierra. Debido a que el campo gravitacional de la
Tierra está atrayendo a esa gota de agua, si la gota de agua no se encuentra sostenida
en algún tipo de soporte como en este ejemplo, la gota puede realizar trabajo en su
camino para alcanzar esta posición. En esta posición, justo aquí, en teoría, la
gota de agua puede continuar realizando trabajo: tal vez haya un acantilado en este
punto, y entonces podría seguir cayendo. Sin embargo, claramente la gota
de agua de aquí arriba tiene la capacidad para hacer más trabajo porque
tiene trabajo potencial que puede realizarse desde este punto hasta este.
Y después, obviamente podría continuar haciendo cualquier trabajo que
esta posición le permitiera realizar. Podemos decir entonces que la gota de agua, debido
a su posición, tiene una mayor capacidad para realizar trabajo y tener más energía.
¿Y cuál es la forma de esa energía? En este caso, es energía potencial gravitacional.
Es energía que se “almacena” y lo ponemos entre comillas porque no es posible que pudieras
abrir esa gota de agua y observar la energía almacenada, más bien es energía que
se almacena en virtud de su posición. Otra manera de considerarlo es que
en lugar de imaginar que la energía está almacenada en la gota de agua, lo cual
seguramente está pasando en nuestras mentes, pensemos que esa energía está almacenada en el
campo, para este caso, el campo gravitacional. Ahora bien, el campo gravitacional
está atrayendo a esta gota de agua, por lo tanto, la dirección del movimiento
reduciría la energía en el campo. Es así que, si dejamos que las cosas sucedan, el campo gravitacional de la Tierra
va a tirar de esta gota de agua. Y de hecho, esa gota de agua
tiene un campo gravitacional que va a atraer hacia arriba a la Tierra, sin
embargo, a medida que la gota de agua cae, la cantidad total de energía
almacenada en el campo disminuirá. Te preguntarás, ¿qué pasó con esa energía?
Esa energía se transfiere fuera del campo y se convierte en energía cinética de esta rueda, la
cual se puede transformar a su vez en otras cosas.