¿QUÉ ES LA ENERGÍA?

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.