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En el lenguaje con que designamos al mundo que nos rodea, damos por
supuesto el significado de la palabra energía; en la vida diaria
sugiere movimiento, vitalidad, fuerza. Se denomina un hombre enérgico
al hombre de acción; nos dicen que los alimentos de elevado
contenido de energía, deben formar parte de nuestro régimen
alimenticio; por su parte, las compañías petrolíferas
anuncian junto a las carreteras carteles para anunciar que venden
un combustible de elevada energía. Esta palabra ha dado al
mundo moderno una nueva actitud hacia la vida. Pero ¿qué
significa, en realidad, energía? En su sentido popular, ofrece
una promesa de logro; un hombre enérgico es aquel que vive
con entusiasmo, y la gasolina de gran energía es la que hace
que nuestro automóvil corra más y mejor.
A decir verdad, el hombre moderno no tiene dificultad en representarse
a la energía y la materia como los dos aspectos del universo.
Materia y energía unidas forman nuestro cosmos -la materia,
es la sustancia; la energía, es el móvil de la sustancia
-. Pero ese dualismo no es una idea sencilla, y el concepto mismo
de energía es relativamente reciente en el mundo del saber.
Invisible e impalpable, la energía solamente puede ser imaginada
en la mente del hombre. La manera en que llegó a ser concebida
en toda su complejidad, y cómo llegó a ser utilizada
en nuestras vidas diarias, constituye una de las mejores aventuras
de la ciencia.
La materia ha sido siempre un concepto mucho más asequible
para el hombre. La materia es sustancia; pesa y ocupa lugar; puede
ser vista, olida, palpada. Una cosa es ver venir una piedra lanzada
con furia y sentir la herida que produce su impacto, y otra cosa mucho
más difícil es imaginar que en aquella piedra en movimiento
existe una cualidad intangible que parece desvanecerse tan pronto
como vuelve a alcanzar el suelo. Y, no obstante, fue reflexionando
sobre objetos en movimiento que el hombre comenzó a desarrollar
su concepto de energía; y, en último término,
considerando a la energía como el poder que todo lo abarca
en el universo.
Los antiguos griegos, que se interrogaban sobre todas las cosas, estaban
seguros de que los cuerpos pesados se caían al suelo impulsados
por cierto deseo interno de buscar sus lugares propios, pero esa idea
no les condujo nunca a ningún examen científico importante
de los cuerpos en caída. Aristóteles postuló
un Móvil inmóvil que se esforzaba perpetuamente por
mantener los planetas en movimiento, y durante siglos posteriores
al filósofo griego, se supuso siempre que todo movimiento requería
una fuerza continua para mantenerlo. Suponían que las flechas
y las balas de los cañones, una vez disparadas, se mantenían
en movimiento horizontal gracias a la ayuda del aire que las empujaba
por detrás dirigiéndolas hacia su fin destructor. Aristóteles
creía que un objeto volador comprimía el aire a través
del cual se movía, haciendo que ese aire se precipitase hacia
la parte posterior del objeto y de este modo, le proporcionaba una
fuerza suplementaria.
Esas ideas fueron destruidas por el tenaz enemigo de las ideas aristotélicas
erróneas, Galileo Galilei. El verdadero estudio de la energía,
y en realidad el de toda la ciencia física moderna, comenzó
en la fértil mente de ese genio italiano del siglo XVI. Galileo,
dice la leyenda, efectuó su primera observación conocida
de los fenómenos físicos en 1583, a la edad de 19 años,
en la catedral de Pisa observando la oscilación rítmica
de una lámpara suspendida de una larga cadena. Observó
que, mientras que el movimiento del arco, hacia adelante y hacia atrás,
se iba haciendo cada vez más pequeño, el tiempo que
la lámpara tardaba en desplazarse de un lado a otro permanecía
constante. Como el reloj de bolsillo no había sido aún
inventado, Galileo, sencillamente, contaba el número de sus
propias pulsaciones a cada oscilación. Utilizando luego cordeles
y varios pesos sencillos, Galileo construyó diversos péndulos
primitivos y estudió cuidadosamente su comportamiento.
Observó que cada vez que un péndulo oscila hacia arriba
llega hasta casi tan alto como el punto desde el cual había
previamente oscilado hacia abajo. Así Galileo pudo afirmar
confiadamente que "en general, el momento adquirido por caída
a lo largo de un arco (de péndulo) es igual al que puede elevar
el mismo cuerpo a lo largo del mismo arco".
Encantado con lo que los cuerpos en caída le prometían
Galileo atacó otra teoría, generalmente aceptada por
los aristotélicos, quienes habían afirmado arbitrariamente
que los cuerpos caían a velocidades que dependían de
su peso. Según una historia posiblemente apócrifa, nunca
escrita durante su vida, Galileo dejó caer una bala de cañón
de 100 libras de peso, y otra bala de una libra de peso, desde lo
alto de la torre de Pisa, de 54 metros de altura; se dice que cayeron
al mismo tiempo y que juntas llegaron al suelo. Galileo llevó
a cabo experimentos más cuidadosos y dedujo que todos los cuerpos
caen exactamente a la misma velocidad si se prescinde del efecto de
la resistencia del aire. Los resultados de Galileo estimularon a otros
muchos en el estudio de la Mecánica, ciencia que ha conducido
al hombre a la comprensión que hoy tenemos de la energía.
La investigación empezó a tomar forma entre los matemáticos.
En el siglo XVII, hombres como Rene Descartes, Isaac Newton y Gottfried
Wilheim von Leibniz procuraron clasificar la idea de la fuerza que
hoy comúnmente llamamos empujar o tirar. Habiendo observado
que la fuerza obraba sobre los objetos poniéndolos en movimiento,
intentaron al principio definir la fuerza en términos de la
cantidad de movimiento que producía. Se enfrentaron con preguntas
tales como las siguientes: ¿Cómo podría medirse
el efecto de una fuerza? ¿Cómo podrían compararse
los efectos de dos fuerzas diferentes?
Leibniz, al intentar idear alguna manera de medir las fuerzas, estudió
los experimentos de Galileo con los cuerpos en caída, quien
había descubierto que todos los cuerpos caen a la misma velocidad,
cualquiera que sea su tamaño o su peso. No obstante, Leibniz
se dio cuenta de que un objeto que pesase una tonelada haría
mucho más daño al alcanzar el suelo que uno que pesase
una onza, aun cuando los dos llegasen al mismo tiempo. Ahí
había una manera de medir la fuerza; se trataba sencillamente
de idear una manera de medir la magnitud del impacto que el objeto
producía. Es perfectamente evidente, decía Leibniz,
que el impacto depende de dos cosas: de cuánto pesa el objeto
y desde qué altura cae. Se trata de una observación
de sentido común, pues todo el mundo sabe que un ladrillo que
cae de un metro causa menos daño que uno que cae de cien metros.
Pero supongamos que no nos interesa la fuerza creada por -un objeto
que cae, sino que lo que nos interesa es un objeto que se eleva por
el aire, como una pelota que se lanza a lo alto, o que rueda horizontalmente,
como una bocha. ¿Dónde entra la altura en tales medidas?
Leibniz se dio cuenta de que no era la altura lo realmente importante,
sino la velocidad a que caía el objeto - la cual, naturalmente,
resulta también estar directamente relacionada con la altura
desde la cual cae. Cuanto mayor es la caída, tanto mayor es
la velocidad. Leibniz modificó su fórmula diciendo que
la medida de la fuerza dependía del peso del objeto y de la
velocidad a que iba.
Leibniz luego inventó un nombre para el impacto, y lo llamó
üis viva, que quiere decir fuerza viva;y que era la cualidad
que poseía el objeto que le permitía dañar a
otro objeto. La fórmula que Leibniz utilizó para medir
la vis viva es la misma que los físicos modernos utilizan para
medir la energía cinética, o energía del movimiento.
Lo que Leibniz había elaborado una descripción matemática
de la energía cinética.
Al mismo tiempo que Leibniz, en Alemania, estudiaba los cuerpos en
movimiento, el matemático holandés Christian Huygens
realizaba una investigación relacionada con aquel estudio.
Huygens empleó largas horas analizando lo que ocurría
cuando chocaban dos objetos en movimiento, y en 1699 se publicaron
los resultados de sus meticulosas observaciones, los cuales declaraban
que en una colisión tal como la que podría producirse
entre dos bolas de billar perfectamente duras, la suma de la vis viva
en cada una de las dos bolas es la misma antes y después del
impacto. Una bola puede haber sido retardada por la colisión,
pero la otra habrá sido acelerada. Por lo tanto, la suma de
las dos vis vivas será siempre la misma
Hoy podemos darnos cuenta de que, al reemplazar la expresión
vis viva por la de energía cinética, la observación
de Huygens significa que, cuando dos objetos chocan, la energía
cinética se conserva: es decir, que si bien puede ser modificada,
no se pierde nada de ella.
En esa observación de Huygens, del siglo XVII, se halla el
principio de un concepto fundamental de la física moderna:
la Ley de la Conservación de la Energía, formulada al
fin de la década de 1840, la cual sencillamente afirma que
la energía del universo no puede ser ni creada ni destruida.
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