Energía y campos

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.