Mitchel Wilson - Energia (Coleccion Life)

Introducción

La energía ha sido siempre la clave de los mayores objetivos de la humanidad y de sus sueños de un mundo mejor. Se ha dicho que el hombre de las cavernas inició su marcha hacia la civilización cuando utilizó la energía del fuego para calor y luz, y la energía de su cuerpo, por medio de la maza y del arco, para su alimento y su supervivencia. Desde entonces el bienestar material del hombre ha estado en gran parte unido a la utilización de las diversas formas de energía, en el carbón, en el petróleo, en la electricidad. En tiempos modernos el hombre ha ido desarrollando métodos cada vez más complejos. Hoy día la conquista de la luna parece posible gracias a la utilización de energía química en los cohetes de Cabo Cañaveral; mañana la exploración de los planetas dependerá del uso de la energía en el núcleo del átomo.

Pero ¿qué es, exactamente, la energía? No es algo que pueda siempre ser observado por los sentidos. Si un físico quisiera describir una manzana a alguien que hubiese visto una, le bastaría con poner uno de esos frutos sobre una mesa, y dejarle que lo palpase, lo oliese y lo probase. Pero no es posible poner la energía sobre la mesa, puesto que, según el texto y los grabados de este libro demuestran claramente, la energía puede aparecer en diversas formas. Puede presentarse como energía de movimiento o cinética; en forma de calor y de luz; a escala atómica o molecular, como energía química; en el flujo de la corriente eléctrica y, a escala nuclear, en una de sus formas más espantosas, como energía nuclear. Puede, incluso, aparecer en forma de manzana, como le ocurrió (así lo cuentan) a sir Isaac Newton, a quien la caída de una manzana condujo al descubrimiento de la gravitación. Al caer, la manzana liberé energía potencial.

Si bien el dominio de la energía explica el desarrollo de la civilización, puede también conducir a la ruina de la humanidad. Al disponer cada vez de más energía, no solamente podemos mejorar nuestra vida cotidiana, sino también, por desgracia, podemos hacer la guerra con más eficiencia y a mayor escala. La energía nuclear, que tanto promete para un futuro pacífico, podría muy bien ser la causa de la destrucción del mundo. Si nosotros y nuestros hijos, y los hijos de nuestros hijos, hemos de evitar esta catástrofe, es imperativo que nos comprendamos a nosotros mismos y a lo que nos rodea. No hay mejor manera de empezar que investigando la naturaleza de la energía.

Glenn T. Seaborg,

Presidente de la Comisión de Energía Atómica

Capítulo 1

Móvil primordial del universo

ALEGRÍA DE LA ENERGÍA. Los exaltados niños al precipitarse batiendo brazos y piernas en las aguas del Estrecho de Long Island, Nueva York, constituyen la encarnación de una ruidoso energía. La energía está siempre presente a nuestro alrededor en innumerables formas, pero en ninguno parte parece abundar de modo tan evidente como en la animación del niño.

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. «Un hombre enérgico» es un hombre a quien admirar; nos dicen que los alimentos «de elevado contenido de energía» deben formar parte de nuestro régimen alimenticio; las compañías petrolíferas llenan la campiña de carteleras que anuncian «combustible de elevada energía». Es una palabra que 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, la sustancia; la energía, 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 historias detectivescas de la historia 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; en último término consideraría 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 después de su tiempo se supuso siempre que todo movimiento requería una fuerza continua para mantenerlo. 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, pues 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, proporcionándole una fuerza suplementaria.

ENERGÍA EN EL CAMPO DE JUEGO. Una niña en un columpio sirve de ejemplo de la diferencia entre energía potencial y energía cinética. En A, punto de inmovilidad momentánea, justo antes de precipitarse hacia abajo, la niña posee solamente energía potencial, y a medida que va descendiendo desarrolla energía cinética. A mitad del ciclo, en B, su energía es exclusivamente cinética; luego, progresivamente, vuelve o convertirse en potencial a medida que el columpio vuelve a elevarse. Debido a la fricción, el ciclo no continúa indefinidamente; para que continúe la diversión hay que seguir empujando.

Esas ideas iban a ser destruidas por aquel 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, cuando fue distraído de sus oraciones en la catedral de Pisa por 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».