Energía y trabajo

La palabra energía es conocida por todos nosotros y la usamos frecuentemente en diferentes situaciones, sin embargo consideramos conveniente dar una definición

ENERGÍA es la capacidad de un sistema para realizar trabajo

¿Cuándo se realiza trabajo?

Se realiza TRABAJO cuando al aplicar una fuerza sobre un sistema éste se mueve.

Cuando decimos que el sistema se mueve, no sólo nos referimos al cambio en sus posición sino también a las deformaciones producida por la fuerza.

Figura 1

Si la fuerza deja de actuar no se realiza trabajo aunque el sistema siga en movimiento. Por otra parte, si actúa una fuerza sobre el sistema y éste no se mueve, tampoco se realiza trabajo.

Ejemplo 1

Consideremos el molino de viento de la figura 1:

¿El viento realiza trabajo sobre el molino?

• Si las aspas se mueven, debido a la fuerza que el viento ejerce sobre ellas, entonces el viento realiza trabajo sobre el molino.
• Si las aspas no se mueven, no se está realizando trabajo sobre el molino, hay una fuerza aplicada sobre ellas pero no hay movimiento.

Figura 2

Ejemplo 2

En el dibujo de la figura 2, un caballo tira de un carro.

¿El caballo realiza trabajo sobre el carro?

• Si el caballo logra mover el carro, realiza trabajo.
• si la fuerza aplicada por el caballo no logra moverlo, no realiza trabajo.

Ejemplo 3

Figura 3

Un artesano moldea cerámica para hacer un cenicero

¿El artesano realiza trabajo?

El artesano para darle forma a la cerámica debe aplicar fuerza sobre el material y éste se deforma, por lo tanto realiza trabajo

Ejemplo 4

En el dibujo de la figura 3 un obrero intenta mover la roca.

¿El obrero realiza trabajo?

Figura 4

A pesar del esfuerzo realizado y de la fuerza aplicada sobre la roca, no realiza trabajo sobre ella porque no logra moverla.

A partir de los cuatro ejemplos y las definiciones de energía y trabajo, nos damos cuenta que estos conceptos están relacionados.

Analizando detenidamente los ejemplos, en especial el 1 y el 2 podemos deducir cómo es esta relación:

• En todos los ejemplos hay una interacción entre dos sistemas o un sistema y el ambiente. En el ejemplo 1 la interacción es entre el viento (ambiente) y el molino (sistema) y en el ejemplo 2, entre el caballo y el carro.
  
  
  
• Quien realiza trabajo, lo hace porque tiene energía y al hacerlo "cede" parte de ella. Por ejemplo, el viento al "chocar" con las aspas pierde en parte su energía disminuyendo la velocidad y el caballo, al tirar del carro, se cansa.
  
• Cuando se realiza trabajo sobre un sistema su energía aumenta. Como consecuencia el sistema tendrá capacidad de realizar trabajo sobre otro sistema. Por ejemplo, el molino cuyas aspas fueron movidas por el viento podrá elevar agua de un pozo, o hacer funcionar un generador de corriente eléctrica, etc.

Al analizar el ejemplo 3 podemos identificar dos sistemas que interaccionan: el artesano y la cerámica.

El artesano "gasta" energía al realizar trabajo sobre la cerámica, pero no se observa a simple vista un aumento de la energía del sistema (cerámica)

Sin embargo la cerámica tuvo un aumento de energía después que se realizó trabajo sobre ella. Luego de realizar y analizar el siguiente experimento podrás darte cuenta cómo verificar dicho incremento de energía.