Portafolio Fisica 2

Introducción a la etapa 3

Existe un hecho, o si ustedes prefieren, una ley, que gobierna todos los fenómenos naturales conocidos hasta la fecha. No hay excepción conocida a esta ley: es exacta hasta donde sabemos. Se denomina ley de conservación de la energía. Establece que hay una cierta magnitud, que llamamos energía, que no cambia en los múltiples cambios que sufre la naturaleza. Esta es una idea muy abstracta, porque es un principio matemático; dice que hay una magnitud numérica que no cambia cuando algo sucede. No es una descripción de un mecanismo o algo concreto; se trata solo del extraño hecho de que podemos calcular cierto número y que si volvemos a calcular después de haber estado observando a la naturaleza haciendo sus trucos, este número es el mismo. (Algo parecido al alfil en una casilla blanca que, después de varias jugadas cuyos detalles se desconocen, sigue estando en una casilla blanca. Es una ley de este tiempo.) Puesto que es una idea abstracta, ilustraremos su significado con una analogía.

Imaginemos a un niño, quizá “Daniel el Travieso”, que tiene un bloque que son absolutamente indestructibles y no pueden dividirse en piezas. Cada uno de ellos es igual que los otros. Supongamos que tiene 28 bloques. Su madre le ha dejado por la mañana con sus 28 bloques en una habitación. Al caer la tarde sintiendo curiosidad, ella cuenta los bloques con mucho cuidado y descubre una ley fenoménica: haga él lo que haga con los bloques, ¡siempre sigue habiendo 28! Esto continúa durante varios días, hasta que un día solo hay 27 bloques; pero tras una pequeña búsqueda la madre encuentra que hay uno bajo la alfombra; ella debe mirar en todas partes para estar segura de que el número de bloques no ha variado. Un día, sin embargo, el número parece haber cambiado: hay solo 26 bloques. Una investigación cuidadosa pone de manifiesto que la ventana estaba abierta, y al buscar fuera aparecen los otros dos bloques. Otro día, un recuento cuidadoso indica que ¡hay 30 bloques! Esto provoca una consternación considerable, hasta que la madre cae en la cuenta de que Bruce vino de visita trayendo sus propios bloques, y dejó algunos en casa de Daniel. Una vez que ella se ha deshecho de los bloques extra, cierra la ventana, no deja que entre Bruce, y entonces todo sigue correcto… hasta que en cierto momento cuenta y encuentra solo 25 bloques. Sin embargo, hay una caja en la habitación, una caja de juguetes; la madre va a abrir la caja de juguetes pero el niño dice: “No, no abras mi caja de juguetes”, y llora. La madre tiene prohibido abrir la caja de juguetes. Como es extraordinariamente curiosa y algo ingeniosa, ¡ella inventa una treta! Sabe que cada bloque pesa 100 gramos, así que pesa la caja en un instante en que ella ve 28 bloques y el peso de la caja es de 699 gramos. Cada nueva ocasión en que quiere hacer la comprobación, pesa de nuevo la caja, resta 600 gramos y divide por 100. Descubre lo siguiente:

Numero de bloques vistos + (peso de la caja – 600g) / 100g = constante (4.1)

En otras ocasiones parece que hay algunas nuevas desviaciones, pero un cuidadoso estudio indica que el nivel del agua sucia de la bañera está cambiando. El niño está arrojando bloques al agua y la madre no puede verlos porque el agua está muy sucia, pero puede descubrir cuántos bloques hay en el agua añadiendo otro término a su fórmula. Puesto que la altura original del agua era de 15 centímetros y cada bloque eleva el agua medio centímetro, esta nueva fórmula sería:

N° de bloques vistos + (peso de la caja – 600g) / 100g + (altura del agua – 15 cm) / 0.5 cm = constante (4.2)

A medida que aumenta la complejidad de su mundo, la madre encuentra toda una serie de términos que representan formas de calcular cuántos bloques hay en los lugares donde ella no puede mirar. Como resultado, encuentra una fórmula compleja, una magnitud que debe ser calculada, que siempre tiene el mismo valor.

¿Qué analogía hay entre esta historia y la conservación de la energía? El aspecto más notable que debe abstraerse de esta imagen es que no hay bloques. Quitemos los primeros términos en 4.1 y 4.2 y nos encontraremos calculando cosas más o menos abstractas. La analogía abarca los puntos siguientes. En primer lugar, cuando estamos calculando la energía, a veces parte de ella sale del sistema y se pierde, o a veces algo de ella entra. Para verificar la comprobación de la energía debemos tener cuidado en no introducir ni quitar nada. En segundo lugar, la energía tiene muchas formas diferentes, energía cinética, energía térmica, energía elástica, energía eléctrica, energía química, energía radiante, energía nuclear, energía de masa. Si sumamos las fórmulas para cada una de estas contribuciones, la suma no cambiará, salvo que entre o salga energía.

Es importante darse cuenta de que en Física actual no tenemos conocimiento de que la energía aparezca en pequeñas gotas de un tamaño definido. No es así. Sin embargo, existen fórmulas para calcular cierta magnitud numérica, y cuando las sumamos dan “28”: siempre el mismo número. Es algo abstracto en cuanto que no nos dice el mecanismo o las razones para las diversas fórmulas.

Actividad diagnostica

Tomando como base la lectura introductoria de esta etapa, respondan en plenaria las siguientes preguntas para generar discusión.

1. ¿Qué sabes acerca de la energía?

2. Enuncia la ley de la conservación de la energía. ¿Cómo la puedes aplicar al caso en que una pelota de básquetbol se deja caer desde cierta altura y al rebotar no llega de nuevo a la misma sino un poco más abajo y así sucesivamente hasta que se detiene?

3. ¿Qué formas de energías conoces?

4. ¿Cómo explica Richard P. Feynman la ley de la conservación de la energía? ¿puedes pensar en alguna otra analogía para explicarla?

5. ¿en qué contextos diferentes de tu vida diaria has escuchado que se hable de energía?

6. Para poder abordar adecuadamente el concepto de energía y su conservación, es necesario presentar otros conceptos previos, ¿Cuáles crees que son estos conceptos?

7. ¿Qué relación existe entre la fuerza y la energía?

8. ¿Cómo se le denomina a la interacción de una fuerza a lo largo de una distancia?

9. Tú puedes empujar un mueble (aplicar una fuerza sobre él) a lo largo de una distancia de 3m por ejemplo. ¿Qué hace

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