Fisica

El concepto de energía, su estructura y su estrategia de enseñanza

J. DUNIN-BORKOWSKI
University of Warsaw, Poland

Los conceptos científicos normalmente tienes se origen en la vida diaria. Sin embargo una de las raras excepciones en que no lo tienen es en el concepto energía. El concepto surgió al principio del siglo XVIII (con Bernoulli en 1717, o tal vez con Kepler en 1609)[1] y sefue desarrollando gradualmente durante los siglos subsecuentes.
La energía existe, por supuesto, solamente como un concepto teórico; no tiene una existencia física tal como la tienen los átomos o las moléculas.[2] Sin embargo, el concepto ha sufrido una curiosa materialización, por ejemplo, cuando hablamos acerca de “la falta”, “el ahorro”, “la compra”, “el desperdicio” o “el flujo” deenergía. ¿Deberíamos entonces, como propone G.B. Schmid[3] tratarla como si fuera una clase de sustancia? O, ¿En la forma como Feynman introduce el concepto de energía, haciendo hincapié en lo abstracto del concepto y tratándola como si se tratara de una constante numérica?[4].
No necesitamos argumentar sobre la importancia práctica del concepto energía. Tanto los periódicos como otros mediosde comunicación están plagados de encabezados tales como “La energía es calidad de vida”, “Los recursos energéticos están disminuyendo”, “Ahorre energía”. Incluso para aquellas personas que no recuerdan muy bien sus lecciones de física de la escuela están consientes de que “una crisis de energía” significará que habrá problemas con el suministro de combustible para el calentamiento residencial;“un aumento en el precio de la energía” significará mayores gastos. Es en el sentido anterior en la manera general que nos formamos la percepción del concepto energía. Sin embargo esta imagen vaga e intuitiva raramente será satisfactoria.[5] Se necesitará un conocimiento propio de los problemas de la energía de modo de influenciar constructivamente el desarrollo de una sociedad moderna.Podemos decir que, sin excepción, la energía ha ido creciendo tanto como un concepto interdisciplinario como también como una herramienta para la descripción y análisis de todas las actividades. La universalidad del concepto energía es la fuente de su excepcional importancia, pero, por otra parte, sabemos que presenta dificultad en su formación conceptual.

Las cantidades físicas pueden ser agrupadasen diferentes clases a saber:
1. Cantidades que están determinadas únicamente por algunos atributos de un cierto objeto material o fenómeno, e.g. masa, velocidad.
2. Cantidades que dependen de más de un atributo de un objeto material o fenómeno, e.g. momentum. Un elefante y un misil de artillería podrían tener el mismo momentum aunque parezcan tener una apariencia bastante diferente.Cantidades como éstas están relacionadas normalmente con algunas leyes de conservación.
3. Cantidades que dependen no solamente de varios atributos de un objeto material o de algún fenómeno, sino también de las circunstancias. La energía es de esta clase de cantidades. ¿será el único caso?

Cuando empezamos a explicar el significado de la energía, la explicación dependerá del dominioparticular al que nos estemos refiriendo. Hasta ahora, los físicos han sido de la opinión de que la única forma de introducir el concepto de energía es a partir de la definición de trabajo. Esto significa simplemente seguir el camino histórico. En 1891 Maxwell escribió: “La energía es la capacidad de hacer trabajo”, a pesar de que aún es esa época algunos ya se habían dado cuenta de que el concepto eramucho más amplio. En 1848 Rankine describió a la energía como la capacidad de hacer cambios. Sin embargo en las décadas que siguieron, la metáfora del trabajo (introducida por Maxwell) continuó funcionando. En los libros de texto uno podía leer acerca de “La capacidad de hacer un trabajo”o “trabajo almacenado”. En su nacimiento el concepto energía emergió de la mecánica y más tarde se extendió...