Hace muchos años, cuando yo estudiaba, se nos enseñaba muchas cosas pero en general (lo siento por los partidarios de la educación anterior) no se explicaba nada de su relación con el mundo real. De esa forma teníamos a gente que sabía resolver integrales pero que no sabía que se usaban para calcular un área o un volumen (integrales dobles) Hoy en día se tiende a enseñar menos cosas pero que se enteren de que se habla. Ahora veremos hasta que punto tiene éxito. Lo que está claro es que el sistema antiguo no se caracterizaba por lo bien que comprendía la gente los conceptos que se explicaban. Si los de mi generación (y posteriores) hubieran entendido lo del CA.RRE.Te (CApital + RÉdito * Tiempo) hoy no tendríamos a tanto perroflauta endeudado hasta las cejas y quejándose de que no pueden pagar la hipoteca. Yo eso creo que lo vi en sexto de EGB (creo, que los años no pasan en balde)
La idea de hoy es explicar un poco que es eso de la Primera Ley de Newton o Principio de Inercia , dado que está aplicado en todas partes. Lo cierto es que esto es física de Secundaria, así que si buscar algo más elaborado, hoy no es tu día. Lo primero de todo, vamos a ver que dicen la susodicha ley:
- Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.
En una primera lectura podríamos decir "pos fale, pos m'alegro ... y esto ¿sirve para algo?" pues si,, está en todas partes y voy a intentar explicarlo. Para ello iremos introduciendo una serie de conceptos muy básicos, pero que hacen falta para entender la cosa con claridad.
La primera parte parece una perogrullada: si no aplicamos una fuerza sobre algo en reposo, pues no se mueve (ojo, que mi ordenador esté quieto sobre la mesa no quiere decir que no haya fuerzas actuando sobre ellas) y esto no lleva al primer concepto.
- Fuerza: magnitud que mide el intercambio de momento lineal entre dos cuerpos o dicho de manera más sencilla, algo que aplico sobre un cuerpo y lo acelera, lo frena o no hace nada respecto al momento lineal, es decir, no lo mueve, aunque puede tener otros efectos como calentarlo o deformarlo. Por ejemplo, si aplicamos una fuerza contra una pared (por ejemplo, con un martillo) por lo general, la pared no se moverá, pero si se deformará. Y si insistimos en los golpes veremos que la cabeza del martillo se calienta.
Claro que la segunda parte chirría un poco con nuestra realidad cotidiana. Si lanzo una pelota, por ejemplo, al principio se mueve, pero poco a poco pierde velocidad y acaba deteniéndose sin que nadie le afecte ¿nadie? pues hay dos fuerzas (al menos) que influyen en el movimiento de una pelota. Por un lado, la gravedad, que tira de ella hacia abajo desde el primero momento (incluso antes de golpearla) y por el otro, la resistencia del aire, que frena el balón en sentido horizontal (no me meto en efectos ni nada parecido) A esto de coger un cuerpo, aplicarle una fuerza y desplazarlo (bueno, se pueden hacer más cosas, pero por el momento, no nos metemos) nos lleva a otro concepto interesante:
- Trabajo: Cuando aplicamos una fuerza el resultado obtenido es un trabajo. Como hemos visto previamente, hay diversos tipos de trabajos (movimiento, deformación, calentamiento, ...) El trabajo es el resultado final, no depende del tiempo necesario para hacerlo. Es decir, si vamos andando tranquilamente durante un kilómetro, hemos hecho el mismo trabajo que si vamos corriendo a toda pastilla .... claro nos cansamos mucho más en el segundo caso que en el primero ¿cómo dice este tío que es el mismo trabajo? Pues tenemos otra nuevo concepto
- Potencia: cantidad de trabajo por unidad de tiempo. Aquí tenemos el motivo de que nos cansemos más. Para recorrer un km en 10 minutos (un paso relativamente normal) precisamos una determinada potencia, para hacer lo en 3 (estilo maratón) ya hace falta más potencia.
Claro que si hemos aplicado una fuerza a un cuerpo y este tiende a mantenerse en un estado determinado ... algo ha pasado y algo debe contener:
- Energía: Casi que mejor lo miras aquí, que yo no consigo explicarlo claramente. Lo que me interesa es lo siguiente:
- Energía Cinética: Es la energía que posee un cuerpo por su velocidad. Lo que nos interesa es que se puede transformar en trabajo. Por ejemplo, un martillo que se abalanza a gran velocidad sobre la cabeza de un clavo se transforma en trabajo (hunde el clavo en la pared, lo calienta o puede llegar a doblarlo si lo has comprado en los chinos)
- Energía Potencial: Es la energía que posee en cuerpo por su posición, dentro del campo gravitatorio. Si no hay fuerza (gravedad) no hay energía potencial, pero bueno, no nos vamos complicar la vida. También puede convertirse en trabajo.
Ahora vamos a jugar con estas cosillas, para ver que pasa. Vamos a dar una vuelta en coche. En principio el coche está parado y así va a seguir mientras no se aplique una fuerza sobre él .... ¿qué? ¿qué si está en rampa y quitamos el freno el coche se mueve sin aplicar energía? pues no ... si el coche está en rampa tiene una energía potencial que proviene de su posición y tenemos la fuerza de la gravedad actuando sobre él, con lo que no violamos para nada el principio de la inercia.
Iniciamos la marcha, aplicando una fuerza, que extraemos del motor. Tenemos un par de fuerzas que se oponen a la marcha, por un lado la fricción contra el suelo y por otro, la resistencia del aire. Si no queremos quedar parados no queda más remedio que compensar la fuerza que nos frena con otra que nos acelera. Cuando las compensamos el coche rueda a una velocidad constantes. Si estuvieramos en el espacio, no haría falta. Los satélites o la ISS no precisa impulso continuo, aunque de vez en cuando hay que darles un empujoncito para compensar las fuerzas que les frenan. Las sondas Pioneer llevan años volando, aunque se ha detectado una curiosa anomalía que las frena poco a poco y que parece ser provocada por el efecto de las pilas atómicas que llevan.
La energía que mueve el coche proviene de la explosión del combustible en los cilindros. La mayor parte de esta energía se convierte en calor (de ahí la necesidad de que los motores cuenten con mecanismos que transporten ese calor/energía fuera) El resto de la energía impulsa los cilindros donde tenemos otra pérdida de energía. Hemos dicho previamente que los cuerpos tienden a seguir en su estado, reposo o movimiento. Los motores de combustión interna (diesel o gasolina) se llaman motores alternativos con lo que gastamos una gran cantidad de energía en acelerar/frenar los pistones (y eso se hace varios miles de veces por minuto) ¿qué aplicación práctica tiene esto? Una muy simple, si para aportar la misma energía (es decir, ir a la misma velocidad) necesitamos más revoluciones, estamos desperdiciando energía en modo de calor y en acelerar/frenar los pistones ¿de donde sale esa energía? Pues del combustible, o lo que es lo mismo, de tu bolsillo (ayer reposté a 1,23 €/litro) así que acostúmbrate a usar el cambio e ir lo más bajo de vueltas posible para cada velocidad. Ya reducirás si te hace falta. Por cierto, la resistencia el aire aumenta con el cubo de la velocidad, con lo que la energía adicional necesaria para ir a 140 e lugar de a 120 no es precisamente la sexta parte.
Ya tenemos el coche en marcha y ya eres consciente de cómo ahorrar un poco de energía. Ahora vamos a ver que pasa al detenernos. Hemos dicho que por llevar una velocidad tenemos una energía cinética. Si la aprovechamos, podemos ahorrar un poquito más. Si ves un semáforo y levantas el pie del acelerador el coche sigue hasta el punto en que hay que detenerse. No debemos quitar la marcha porque el motor necesita combustible para rodar al ralentí, pero si se mueve con el coche, los sistemas modernos suelen cortar la inyección para ahorrar. Si lo haces como Fernando Alonso, es decir, acelero hasta que no tengo más remedio que frenar, el consumo de combustible y de frenos se dispara.
Algo similar ocurre con los cambios de dirección (curvas) Para cambiar la dirección de la marcha, dado que el cuerpo tiende a seguir en la misma dirección, hay que aplicar una fuerza que lo desvíe. Los coches, a diferencia de algunos barcos, no disponen de motores que los impulsen lateralmente, por lo que sacan esa energía de modificar la posición de las ruedas. Estas hacen que se desvíe la trayectoria a costa de ¿energía? efectivamente. De la energía cinética del coche. Claro que esto se paga. Hemos dicho que el trabajo era de varias formas y una de ellas es la deformación de los cuerpos: las ruedas se calientan y también se desgastan. Cuanto más fuerte sea la maniobra, mayor es el sufrimiento de la rueda, pudiendo dejarlas inservibles (solo hay que ver que pasa con los F1 cuando hace un "plano")
Para finiquitar, he hablado mucho de energía cinética, pero no de potencial. Esto es debido a que en general, los coches vuelan poco y mal (y cuando lo hacen no suelen acabar muy bien ...) La energía potencial se usa en muchas cosas, pero uno de los casos más típicos son los aviones. Al quedarse sin motores (cosa que pasa a veces) se intercambia la energía potencial (altura) por energía cinética (velocidad) que es lo que usa para generar sustentación. Pero no te creas que tiene un uso reciente ... la ciudad de Venecia está asentada sobre postes que se han hundido gracias al uso de la energía potencial (se sube un piedrolo que al dejarlo caer clava el poste en el barro del fondo) o los legionarios de César hicieron lo mismo para clavar los pilotes sobre los que se asentó el puente sobre el Rhin hace 2000 años.
