Experimento sobre energía: conservación

La energía es una magnitud física que se puede presentar bajo distintas formas y que se manifiesta en todos los procesos de cambio de estado, por ejemplo al elevar o transportar un objeto, al deformarlo o al calentarlo.

Estos procesos son posibles gracias a la propiedad de transformación de la energía, ya que esta ni se crea ni se destruye. Por esta razón, también sabemos que la energía es capaz conservarse y por lo tanto en todo proceso obtendremos como resultado la misma cantidad de energía que al principio, aunque parte de esta no sea útil para la función que queremos realizar.

Estos conceptos los entenderemos mejor mediante la realización de este experimento.
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La energía es una magnitud física que se puede presentar bajo distintas formas y que se manifiesta en todos los procesos de cambio de estado, por ejemplo al elevar o transportar un objeto, al deformarlo o al calentarlo.

Estos procesos son posibles gracias a la propiedad de transformación de la energía, ya que esta ni se crea ni se destruye. Por esta razón, también sabemos que la energía es capaz conservarse y por lo tanto en todo proceso obtendremos como resultado la misma cantidad de energía que al principio, aunque parte de esta no sea útil para la función que queremos realizar.

Estos conceptos los entenderemos mejor mediante la realización de este experimento.

La unidad de medida en el sistema internacional para cuantificar el valor de la energía es el Joule (J). Este nombre le fue denominado en honor al físico inglés James Prescott Joule, por las revolucionarias investigaciones sobre energía que llevó a cabo a lo largo de su vida.

¿Qué materiales necesitamos para la experimentación?

• Pelota grande de básquet o futbol.
• Pelota pequeña de tenis.

¿Cómo se experimenta con la transferencia de energía?

Primeramente dejaremos caer las dos pelotas por separado y desde una misma altura, de manera que comprobaremos hasta dónde son capaces de elevarse después del primer bote.

A continuación, dejaremos caer las dos pelotas juntas. Es decir, pondremos la pelota grande debajo y la pequeña encima, aguantado cada una con una mano y las soltaremos a la vez.

Luego, como en el caso anterior, observaremos hasta dónde se elevan ambas pelotas después del primer bote.

¿Cómo explicamos la conservación de la energía?

El resultado obtenido en ambos casos, como podemos comprobar es totalmente diferente. Esto se explica por el efecto de la transferencia de energía que sucede en el segundo caso.

Cuando lanzamos las pelotas por separado, comprobamos que la altura que alcanzan las dos es inferior a la altura desde donde las hemos dejado caer, y además, la pelota grande se eleva un poco más que la pequeña. Esto es debido a que la pelota grande tiene una energía potencial (E_p) más grande, esta hace referencia a la energía que posee un cuerpo cuando se encuentra a una altura determinada.

La altura (h) es la misma para ambas pelotas, así como el valor de la gravedad de la Tierra (g). La única diferencia es que la masa (m) de la pelota grande es mayor que la de tenis, por lo que su energía potencial también lo es.

A medida que la pelota va cayendo su posición es cada vez más baja, de manera que pierde altura hasta que la  es igual a 0. En su contra, la pelota adquiere energía cinética (E_c), por el hecho de que la energía no se destruye, sino que se transforma. La energía cinética depende de la velocidad (v) que lleva la pelota, de manera que mientas va cayendo cada vez va más rápido.

Cuando la pelota toca el suelo, toda la energía potencial y la cinética se transforman en energía en forma de calor, debido al rozamiento de la pelota con el aire y con el suelo, en sonido justo en el momento del impacto y en energía usada para la deformación de la pelota.

Después del choque, las pelotas vuelven a subir transformando de nuevo la energía en cinética, potencial y en calor por rozamiento.

En el momento en que lanzamos ambas pelotas juntas, después del rebote, la pequeña sale disparada, ya que se produce una transferencia de energía desde la pelota grande a la pequeña. Ésta sale con tanta fuerza debido a que, como ya hemos visto, la energía de la pelota grande es mayor y supone para la pequeña un gran aumento de energía comparada con la que posee esta. De esta manera, después de que la pelota rebote, es imposible que vuelva a subir hasta la misma altura que desde donde las dejamos caer, ya que han sufrido muchas transferencias de energía, algunas de ellas no útiles, como el calor.

Es por esta razón por la que se recomienda hacer el experimento al aire libre.