Definición de Energía

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Energía

En Física se define como energía a la capacidad que tiene un sistema físico de realizar un trabajo; por su parte, en otros ámbitos, se puede referir, por ejemplo, a los recursos naturales y procesos industriales utilizados para la producción.

El verdadero significado de energía y su conservación

Muchas veces hablamos de la energía como si fuera algo tangible, que está constantemente fluyendo de un lado a otro, planteando una idea más abstracta y profunda de lo que nos imaginamos. De este modo, quizá la definición más precisa de energía, es que se trata de una manifestación de la homogeneidad temporal del universo en el que vivimos. Esta definición se la debemos a la matemática Emmy Noether y a su famoso Teorema de Noether, el cual establece que a toda simetría corresponde una magnitud que se conserva; pero, ¿qué quiere decir esto realmente? Decimos que algo es simétrico cuando le aplicamos una transformación y ese algo queda exactamente igual a como estaba previamente. Imaginemos por ejemplo un cuadrado, si a este cuadrado lo rotamos 45° quedará en una posición distinta a la original, sin embargo, si lo rotamos 90° volverá a su posición original. En este ejemplo decimos que el cuadrado es invariante respecto a rotaciones de 90°, o bien, que posee una simetría bajo rotaciones de 90°.

Ahora, imaginemos que tenemos un péndulo que está oscilando y decidimos tomarle dos fotografías en distintos momentos del tiempo. Observamos ambas fotografías y podemos asegurar que el sistema es el mismo en ambos momentos, es decir, el péndulo que oscila posee los mismos elementos que tenía en un principio. Una vez hecho esto procedemos a averiguar si hay alguna cantidad que no ha cambiado durante ese lapso de tiempo. ¿La posición ha cambiado? Por supuesto que sí, porque el péndulo se la ha pasado subiendo y bajando. ¿Y qué podríamos decir de su velocidad? Pues, también ha cambiado, el péndulo alcanza su velocidad máxima en el punto más bajo de su trayectoria y se detiene por completo en el punto más alto. ¿Habrá alguna cantidad que se haya mantenido constante durante ese lapso de tiempo? Bueno, pues resulta que si agarramos la siguiente combinación de términos podremos darnos cuenta de que dicha cantidad es la misma en ambas fotografías del péndulo:

E = 1⁄2 mv² + mgh

Donde m es la masa del péndulo, v es la velocidad de la masa, g es la aceleración de la gravedad y h es la altura de dicha masa. A esta combinación de términos le llamamos la Energía Total del sistema. En la ecuación de arriba el término 1⁄2 mv² es lo que conocemos como Energía Cinética y el término mgh es la Energía Potencial.

En resumen, en este ejemplo del péndulo le hemos hecho una transformación al sistema que es simplemente dejar correr el tiempo. Una vez que hacemos esto nos percatamos que el sistema se mantiene igual, es decir, ese péndulo oscilando se comportará de la misma manera independientemente del momento en que se observe. Decimos entonces que este sistema posee una simetría respecto a transformaciones temporales. Y finalmente, nos hemos dado cuenta de que a partir de esta simetría surge una cantidad que se conserva a la cual llamamos energía total.

Esta invarianza temporal del sistema anterior ocurre porque la gravedad, que es la fuerza responsable del movimiento del péndulo, es también invariante respecto al tiempo. Es decir, la fuerza de gravedad que mueve el péndulo es la misma de hace 100 años y será la misma dentro de muchísimos años más. Pero eso no ocurre sólo con la gravedad, las otras interacciones fundamentales: La electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte, también son invariantes respecto al tiempo. Por lo tanto, como todos los fenómenos ocurridos en nuestro universo son causa de estas 4 interacciones, existe una invarianza temporal que hace que la energía se conserve.

La conservación de la energía implica que, si en un sistema físico un tipo de energía se pierde, entonces esa energía se ha transformado en energía de otro tipo.

Tipos de energía

A continuación, se presentan algunas de las formas de energía que existen.

Energía Potencial: Resultante al introducir un cuerpo en un campo con el que interactúa, por ejemplo, el campo gravitatorio, el campo electromagnético, etc.

Energía Cinética: Asociada con el movimiento de un cuerpo que depende de su velocidad.

Calor: Transferida entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura entre ambos.

Trabajo: Transferida desde o hacía un objeto como resultado de una fuerza aplicada.

Energía Térmica: También conocida como Energía Interna, es la energía contenida en un sistema y que es responsable de su temperatura.

Energía Nuclear: Energía liberada en procesos de fisión y fusión nuclear que está asociada con la pérdida de masa en el proceso.

Energía Eléctrica: Presente en una diferencia de potencial eléctrico y que está relacionada con la corriente eléctrica.

Energía Química: Asociada con enlaces químicos y que se libera por medio de reacciones químicas.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Enero 2023; sobre el original de noviembre, 2008.

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