Fisica

LA MONTAÑA RUSA
Toda “montaña rusa” tiene su punto más elevado en el lugar donde se inicia el viaje y no alcanza nunca, en todo su recorrido, otra altura igual. Una descripción completa del movimiento sería muy complicada. Por una parte tenemos el problema mecánico de los cambios de posición y velocidad en función del tiempo; por otra parte, la cuestión del frotamiento y por ende la creación decalor en los rieles y las ruedas. La única razón válida para dividir aquel proceso físico en estos dos aspectos está en que así se hace posible el uso de conceptos ya discutidos. La separación conduce a una idealización de nuestro caso, pues un proceso físico en que aparezca exclusivamente el aspecto mecánico se puede sólo imaginar, pero nunca realizar. Imaginemos que alguien descubriera unprocedimiento capaz de eliminar el roce que acompaña siempre al movimiento y se decidiera a aplicar su invento a la construcción de una “montaña rusa”, debiendo arreglárselas solo para encontrar la manera de construirla. El vehículo ha de descender y ascender repetidas ve ces; su punto de partida estará a 35 metros de altura, por ejemplo. Al final descubriría la sencilla regla siguiente: puede darle ala trayectoria la forma que le plazca, con tal de que la elevación no exceda la de la posición inicial. Si el vehículo debe efectuar todo el recorrido libremente, entonces la altura de la montaña puede alcanzar los 35 metros todas las veces que quiera, pero nunca excederla. La altura primera no puede recuperarse jamás si el vehículo marcha sobre rieles verdaderos, a causa de la fricción. Sigamos elmovimiento del tren ideal sobre la vía ideal desde instante en que comienza a descender desde el punto de partida. A medida que cae, su distancia al suelo disminuye, pero su velocidad aumenta. En el punto más elevado, el vehículo tiene una velocidad nula o cero y está a la distancia de 35 metros del suelo. En la posición más baja posible, su distancia al suelo es nula, siendo, en cambio, máximasu velocidad. Estos hechos pueden ser expresados en otros términos. En la posición más elevada, el vehículo tiene energía potencial pero no energía cinética o de movimiento. En el punto más bajo, posee la máxima energía cinética pero ninguna energía potencial. Toda posición intermedia, donde hay determinada velocidad elevación, tiene ambas energías. La energía potencial crece con elevación mientrasla energía cinética aumenta con la velocidad. Los principios de la mecánica son suficientes para explicar el movimiento. Se pueden introducir matemáticamente y con todo rigor los conceptos de energía potencial dependiente de la posición y energía cinética dependiente de la velocidad. La adopción de estos dos nombres es, naturalmente, arbitraria y se justifica por su conveniencia. La suma de lasdos magnitudes permanece invariable constituye una constante del movimiento. En una verdadera “montaña rusa” (v. fig. 19), donde la f impide al vehículo alcanzar nuevamente un nivel igual al de punto de partida, se verifica todavía un cambio continuo entre s_ energía potencial y cinética; pero su suma ya no permanece constante, sino que va disminuyendo. Ahora debemos dar otro paso importante pararelacionar los aspectos mecánicos y térmicos del movimiento. La riqueza de consecuencias y de generalizaciones que resultan de este paso se verá más adelante. En efecto, además de las energías cinética y potencial involucradas en el movimiento, nos encontramos también con el calor creado por el rozamiento. ¿Corresponderá también este calor a la disminución de la energía mecánica, es decir, cinéticay potencial? Es inminente aquí una nueva conjetura. Si el calor puede considerarse como una forma de energía, podría ser que la suma del calor, la energía cinética y la potencial, permaneciera constante. No sólo el calor, sino que éste y otras formas de energía tomadas en conjunto se comportan como una sustancia, resultando indestructible su suma.
LA EQUIVALENCIA
Joule demostró mediante la...