1
00:00:01,199 --> 00:00:21,440
bueno ya que sabemos manejarnos con fuerzas tenemos medio problema resuelto para entender

2
00:00:21,440 --> 00:00:29,420
cómo funciona el mundo físico desde las nanopartículas hasta las galaxias pero si

3
00:00:29,420 --> 00:00:37,039
queremos relacionar la fuerza de una explosión de un cartucho con la velocidad con que sale

4
00:00:37,039 --> 00:00:43,700
una bala y el impacto que tiene sobre un determinado cuerpo y la aceleración que

5
00:00:43,700 --> 00:00:50,159
le puede producir o la deformación que tenga la propia bala o la temperatura

6
00:00:50,159 --> 00:00:54,759
que adquiere porque sabemos que cuando impacta la bala ésta se va a calentar

7
00:00:54,759 --> 00:00:59,679
pues tendremos dificultades si sólo nos manejamos con fuerzas

8
00:00:59,679 --> 00:01:05,500
el concepto de energía nos resulta también bastante intuitivo como la

9
00:01:05,500 --> 00:01:15,159
capacidad de realizar un trabajo, mover cosas o deformarlas. Y todo esto nos suena a fuerza. En

10
00:01:15,159 --> 00:01:22,500
definitiva, energía o trabajo debe estar muy relacionado con fuerza. Y de la misma manera

11
00:01:22,500 --> 00:01:32,180
intuitiva vemos que el trabajo que realizamos conlleva un esfuerzo. Y el esfuerzo tiene que

12
00:01:32,180 --> 00:01:37,859
es proporcional tanto a la fuerza que realizamos por ejemplo el levantador de

13
00:01:37,859 --> 00:01:42,140
pesas de la derecha pues no haría el mismo esfuerzo si le pusiéramos el doble

14
00:01:42,140 --> 00:01:47,359
de pesas pero también es proporcional al tiempo

15
00:01:47,359 --> 00:01:53,120
que estamos aplicando esa fuerza si la fuerza que aplicamos resulta que

16
00:01:53,120 --> 00:01:59,480
mueve cosas produce una aceleración entonces nos gusta fácil o más fácil que

17
00:01:59,480 --> 00:02:06,260
medir el tiempo, medir el desplazamiento que aplicamos a ese objeto. Está claro que el señor

18
00:02:06,260 --> 00:02:13,919
de la izquierda está aplicando una fuerza que podemos considerar constante y se va a cansar más

19
00:02:13,919 --> 00:02:24,340
cuanto más espacio haga moverse esa caja que está moviendo. La fuerza, recordemos, es un vector y el

20
00:02:24,340 --> 00:02:31,319
desplazamiento es otro vector. Entonces el trabajo será su producto siempre y cuando

21
00:02:31,319 --> 00:02:40,439
estos dos vectores estén alineados. Por otra parte, volvamos al gimnasta de la figura derecha.

22
00:02:41,180 --> 00:02:47,699
Si levanta la pesa, está claro que el trabajo que hace es la fuerza peso por la distancia

23
00:02:47,699 --> 00:02:54,740
que ha levantado esa pesa. Pero si la pesa la vuelve a bajar, entonces el desplazamiento

24
00:02:54,740 --> 00:03:00,780
total neto es nulo. Así que el pobre hombre no habrá regresado ningún trabajo efectivo.

25
00:03:02,120 --> 00:03:09,580
Esta sería la fórmula del trabajo. El trabajo lo vamos a escribir como W, por aquello de

26
00:03:09,580 --> 00:03:15,319
respetar la nomenclatura anglosajona. Y ya sabemos que en inglés trabajo es work.

27
00:03:16,319 --> 00:03:26,639
Vamos a generalizar el concepto de trabajo en física, más allá de lo que el esfuerzo muscular supone.

28
00:03:27,259 --> 00:03:35,120
No sólo porque hoy día el trabajo muscular es casi despreciable en la producción de bienes,

29
00:03:35,120 --> 00:03:43,460
sino porque además queremos calcular el trabajo que realiza, por ejemplo, el campo gravitatorio terrestre

30
00:03:43,460 --> 00:03:48,039
o un imán que atrae a un trozo de hierro, etc.

31
00:03:48,719 --> 00:03:54,939
Si en la ecuación anterior sustituimos la fuerza por la fuerza peso,

32
00:03:55,479 --> 00:03:57,560
que en realidad es la fuerza de la gravedad,

33
00:03:58,460 --> 00:04:04,699
y lo multiplicamos por la altura de la caída que haya tenido un objeto determinado,

34
00:04:05,300 --> 00:04:08,680
tendremos el trabajo que ha producido la gravedad.

35
00:04:08,680 --> 00:04:16,040
tan fácil como multiplicar la masa del objeto por la aceleración de la gravedad

36
00:04:16,040 --> 00:04:19,800
que sabemos que es 9,8 metros por segundo cuadrado

37
00:04:19,800 --> 00:04:23,180
y por la altura que haya caído

38
00:04:23,180 --> 00:04:27,379
y entonces nos pueden preguntar pues justo lo contrario

39
00:04:27,379 --> 00:04:35,899
esto es cuánto trabajo tenemos que realizar para levantar un kilogramo digamos 5 metros

40
00:04:35,899 --> 00:04:44,730
Pues bien, es justamente el mismo trabajo que diríamos que nos produce el campo gravitatorio,

41
00:04:45,170 --> 00:04:48,910
solo que en este caso somos nosotros los que tenemos que realizarlo.

42
00:04:49,529 --> 00:05:00,850
Basta con multiplicar la masa, un kilogramo, por 9,8 por 5, que resulta ser 49 julios.

43
00:05:00,850 --> 00:05:07,550
Julio es la unidad de trabajo o energía en el sistema internacional

44
00:05:07,550 --> 00:05:12,129
y su símbolo es una J mayúscula

45
00:05:12,129 --> 00:05:15,810
porque proviene del nombre de un señor que se llamaba Jaul

46
00:05:15,810 --> 00:05:19,829
Esta es la foto de James Jaul

47
00:05:19,829 --> 00:05:24,589
de donde viene el nombre de la unidad de energía o trabajo

48
00:05:24,589 --> 00:05:28,810
que por cierto en español muchas veces traducimos como Julio

49
00:05:28,810 --> 00:05:37,529
Este señor era discípulo de Dalton, de quien ya recordaréis su famoso modelo atómico,

50
00:05:37,529 --> 00:05:43,569
y además era amigo de Lord Kelvin, que también os sonará por la escala de temperaturas.

51
00:05:43,569 --> 00:05:52,449
Hizo algo muy importante, como es entender que esta unidad de energía mecánica, puramente

52
00:05:52,449 --> 00:05:57,589
mecánica, tiene su correspondencia con la energía calorífica.

53
00:05:57,589 --> 00:06:02,910
Y aquí abajo tenéis unas cuantas unidades, entre ellas el julio y la caloría.

54
00:06:03,550 --> 00:06:11,050
Y es importante que recordemos de una vez para siempre que una caloría equivale a 4,18 julios.

55
00:06:11,970 --> 00:06:23,069
Y la razón para tener tantas unidades distintas de energía no es simplemente que queremos medir energías muy grandes o muy pequeñas,

56
00:06:23,350 --> 00:06:27,250
sino porque también tienen distintos orígenes.

57
00:06:27,589 --> 00:06:42,430
Como vamos a ver más adelante, las energías son todas equivalentes, solo que unas se manifiestan por electricidad, otras por puro calor, otras en reacciones nucleares, químicas, etc.

58
00:06:43,430 --> 00:06:53,029
Aquí tenemos una maravillosa tabla de energías clasificadas por su origen, por su fuente.

59
00:06:53,750 --> 00:07:02,129
No es necesario aprendérselo, por supuesto, pero sí sería interesante que realizarais un mapa mental a partir de esta tabla.

60
00:07:03,430 --> 00:07:06,949
Así que la energía se puede transformar.

61
00:07:07,730 --> 00:07:12,610
Todos somos conscientes de que un coche, si no tiene gasolina, no anda.

62
00:07:13,250 --> 00:07:20,529
Es decir, la energía mecánica que desarrolla un coche tiene su origen en la transformación de la energía química

63
00:07:20,529 --> 00:07:25,410
de la relación entre gasolina y oxígeno cuando se quema dentro de su motor.

64
00:07:26,410 --> 00:07:31,730
De la misma manera, nosotros necesitamos comer para poder andar, saltar, etc.

65
00:07:32,029 --> 00:07:36,129
Necesitamos transformar la energía química potencial de los alimentos

66
00:07:36,129 --> 00:07:41,870
a través de nuestro cuerpo en energía mecánica.

67
00:07:42,810 --> 00:07:43,370
Y así todo.

68
00:07:43,370 --> 00:07:51,250
podemos preguntarnos cuál sería el origen de toda la energía que tenemos en el planeta Tierra

69
00:07:51,250 --> 00:07:55,449
y la primera respuesta que se os ocurriría sería el Sol

70
00:07:55,449 --> 00:07:59,970
el Sol nos calienta y sin el Sol no habría vida, eso lo sabemos

71
00:07:59,970 --> 00:08:05,350
pero bueno, también en la Tierra hay elementos radioactivos

72
00:08:05,350 --> 00:08:08,889
cuya descomposición sabemos que produce calor

73
00:08:08,889 --> 00:08:24,149
Y finalmente la propia tierra, sus placas tectónicas se van moviendo por propia inercia y esto es una fuente de energía térmica, que en definitiva provoca terremotos y volcanes.

74
00:08:24,149 --> 00:08:32,230
La tabla de la página anterior es una tabla de fuentes de energía que el hombre utiliza.

75
00:08:33,110 --> 00:08:40,269
No confundamos con distintos tipos de energía ni con lo que acabamos de decir de dónde provienen todas estas energías.

76
00:08:41,549 --> 00:08:46,149
Y ahora volvamos a los trabajos de James Chowdhury.

77
00:08:46,149 --> 00:08:55,509
Y vamos a ver cómo distintos tipos de energía se pueden transformar unos en otros, pero nunca se pierde energía.

78
00:08:56,230 --> 00:09:06,690
Y esto es muy interesante porque la energía no es un vector, es un escalar, es decir, lo sumamos como un número cualquiera.

79
00:09:07,330 --> 00:09:14,549
Para entenderlo vamos a comenzar con la llamada energía mecánica, es decir, la energía por movimiento.

80
00:09:14,549 --> 00:09:21,750
No tiene que ver ni con la eléctrica, ni con el calor, ni nada por el estilo.

81
00:09:22,429 --> 00:09:27,750
Pero sí tenemos que introducir un concepto que es el de la energía potencial.

82
00:09:28,629 --> 00:09:34,669
Esto es, la capacidad de un determinado sistema de producir un trabajo.

83
00:09:35,090 --> 00:09:37,049
Capacidad de producir un trabajo.

84
00:09:37,990 --> 00:09:40,649
En realidad, esto no es tan nuevo.

85
00:09:40,649 --> 00:09:47,889
ya lo teníamos, sólo que no sabíamos nombrarlo. Recordamos esta expresión de

86
00:09:47,889 --> 00:09:53,669
el trabajo necesario para levantar un cuerpo de masa m en el campo

87
00:09:53,669 --> 00:09:58,370
gravitatorio terrestre a una determinada altura h

88
00:09:58,370 --> 00:10:03,669
y también decíamos que este era el trabajo que el campo gravitatorio

89
00:10:03,669 --> 00:10:09,789
terrestre producía cuando dejábamos caer ese cuerpo de masa m desde una

90
00:10:09,789 --> 00:10:18,730
h así que vemos que levantar un objeto nos cuesta trabajo y a su vez el campo

91
00:10:18,730 --> 00:10:23,409
gravitatorio terrestre no lo puede devolver porque digamos que ha

92
00:10:23,409 --> 00:10:30,789
acumulado una determinada energía es decir esta fórmula no está dando la

93
00:10:30,789 --> 00:10:37,690
energía potencial de un cuerpo a una determinada altura pero en definitiva

94
00:10:37,690 --> 00:10:40,350
¿Qué queremos decir con esto de potencial?

95
00:10:41,970 --> 00:10:48,269
Pues lo que ya os estáis imaginando, que si soltamos el objeto desde esa altura, pues se va a caer.

96
00:10:48,669 --> 00:10:50,149
Es decir, va a coger velocidad.

97
00:10:50,830 --> 00:10:55,149
Y entonces diremos que el cuerpo adquiere una energía cinética.

98
00:10:55,529 --> 00:10:56,649
Esto es de movimiento.

99
00:10:57,769 --> 00:11:01,649
La energía cinética, entonces, es proporcional a la velocidad.

100
00:11:02,610 --> 00:11:04,710
Bueno, en realidad, al cuadrado de la velocidad.

101
00:11:05,409 --> 00:11:07,649
Bueno, en fin, esta es la fórmula de la energía cinética.

102
00:11:07,690 --> 00:11:13,110
la mitad del producto de la masa por la velocidad al cuadrado

103
00:11:13,110 --> 00:11:19,389
y lo que estamos diciendo de que la energía potencial se convierte en cinética

104
00:11:19,389 --> 00:11:23,350
se puede expresar sencillamente con una igualdad

105
00:11:23,350 --> 00:11:26,730
pero también todos sabemos lo que es rebotar

106
00:11:26,730 --> 00:11:32,570
si yo tiro un balón al aire, cogerá una altura, es decir, una energía potencial

107
00:11:32,570 --> 00:11:37,230
cuando caiga llegará con una velocidad bastante importante

108
00:11:37,230 --> 00:11:39,769
pero lo que ocurre es que luego rebota.

109
00:11:40,350 --> 00:11:45,889
Es decir, esta energía cinética vuelve a convertirse en energía potencial

110
00:11:45,889 --> 00:11:48,929
y así podemos estar por mucho tiempo.

111
00:11:50,470 --> 00:11:53,889
Hay muchos ejemplos, aparte del balón que rebota, etc.

112
00:11:54,429 --> 00:11:56,389
Hay muchos ejemplos más interesantes.

113
00:11:56,389 --> 00:12:02,309
Vamos a ver el de la montaña rusa o el del niño que está patinando.

114
00:12:03,509 --> 00:12:06,850
Fijaos en el cuadro de abajo a la derecha.

115
00:12:07,230 --> 00:12:11,230
que nos da las energías potencial y cinética.

116
00:12:11,950 --> 00:12:14,350
Y como veis la suma siempre es constante.

117
00:12:15,610 --> 00:12:18,870
Cuando va cuesta abajo tiene mucha energía cinética

118
00:12:18,870 --> 00:12:22,590
y cuando está arriba pierde velocidad

119
00:12:22,590 --> 00:12:24,990
pero tiene mucha energía potencial.

120
00:12:26,049 --> 00:12:30,330
La aplicación de todo esto para resolver problemas

121
00:12:30,330 --> 00:12:35,629
es inmediata si igualamos estas dos energías

122
00:12:35,629 --> 00:12:45,090
potencial y cinética. Como la masa está en ambos lados de la ecuación, desaparece y nos queda que

123
00:12:45,090 --> 00:12:52,769
la velocidad cuadrado, cuando un objeto se deja caer desde una altura h, viene dada por el doble

124
00:12:52,769 --> 00:12:59,889
de la aceleración de la gravedad multiplicada por la altura. Y como el problema es simétrico,

125
00:12:59,889 --> 00:13:06,129
también sirve para averiguar la altura a la que llegará un objeto que lanzamos desde el

126
00:13:06,129 --> 00:13:13,269
suelo con una determinada velocidad. Como ejercicio final os pido que comprobéis que

127
00:13:13,269 --> 00:13:21,649
si la velocidad con que se lanza la piedra es de 44,3 metros por segundo, la piedra llegará

128
00:13:21,649 --> 00:13:29,210
hasta los 100 metros de altura. Y ya como remate, simplemente reflexionar a qué

129
00:13:29,210 --> 00:13:33,990
velocidad volverá a caer a la tierra esa piedra.

130
00:13:33,990 --> 00:13:40,649
En cualquier caso, como veis, tanto la velocidad final como la altura son

131
00:13:40,649 --> 00:13:46,720
independientes de la masa de la piedra.

132
00:13:53,279 --> 00:13:54,799
CC por Antarctica Films Argentina