En física, el término «energía» es definido como la capacidad de realizar «trabajo». A su vez, «trabajo» es definido como el resultado de multiplicar la fuerza que actúa sobre un cuerpo por la distancia que este se mueve.
Estas definiciones, no obstante, no parecen decirnos mucho sobre qué es la energía y, por el contrario, parecen alejarse de nuestra noción convencional de lo que es. Después de todo, cuando pensamos en cosas con energía, no siempre pensamos en fuerzas, trabajos o movimiento. Por ejemplo, una computadora necesita energía para funcionar, pero no está en movimiento y no necesariamente está «trabajando». Sin embargo, aunque no lo creas, estas dos definiciones extrañas capturan y ponen de forma precisa nuestras nociones convencionales de lo que es la energía. Veamos cómo lo hacen.
El término «energía» proviene de la palabra griega «ἐνέργεια (enérgueia)», que significa operación, actividad, acción o movimiento. Así, ἐνέργεια es un concepto asociado a la capacidad de realizar movimiento o acciones y es bastante cercano a nuestro concepto de energía. Por ejemplo, si un estudiante está cansado y no tiene energía difícilmente podrá realizar acciones como estudiar o prestar atención. De la misma manera, sin gasolina, un auto no podrá vanzar.
Ahora, existen muchas formas de producir que algo se mueva o realice alguna clase de acción. Por ejemplo, la electricidad permite que nuestras computadoras y celulares funcionen. El calor del carbón en combustión permitía el movimiento de los barcos y trenes a vapor. Y, sin los alimentos, nosotros tampoco podríamos movernos o funcionar. Todos estos son ejemplos de tipos de energía. Respectivamente, de energía eléctrica, térmica y química.
Estos no son los únicos tipos de energía y existen muchos más. Sin embargo, todos ellos se pueden clasificar en dos grandes grupos: la energía cinética y la energía potencial. En breve, te explicaremos un poco más de estos dos tipos de energía, pero lo importante es que asociemos el concepto de energía con la capacidad de hacer que algo se mueva. Probablemente pensarás, pero no todo lo que tiene energía se mueve. Después de todo, a nuestros celulares no les salen patas y empiezan a correr cuando están llenos de energía.
Efectivamente, hay cosas que vemos que están quietas y sabemos que tienen energía. Sin embargo, la clave está en el «vemos». Que no veamos movimiento, no implica que no exista. Los átomos que componen las cosas, como nuestros cuerpos y los celulares tienen sus propios movimientos, vibraciones, entre otras cosas. De hecho, cuando medimos la temperatura de un objeto, estamos midiendo el promedio de la energía cinética de las partículas que lo componen.
¿Qué es la energía cinética? Como explica Don Lincoln, físico del Laboratorio Fermi y co-descubridor del Top quark, la energía cinética es la energía de los objetos en movimiento y se calcula multiplicando la masa de dichos objetos por su velocidad al cuadrado, todo sobre un medio. Así, una pelota de fútbol con trayectoria hacia un arco, un avión volando de un país a otro y un electrón viajando por el espacio, son todos objetos con energía cinética. Lo mismo aplica para nuestros celulares. Si bien no vemos movimiento en ellos, es el movimiento de partículas subatómicas lo que permite que estos funcionen.
Por otro lado, según Lincoln, la energía potencial es algo así como «energía guardada» que se crea cuando movemos un objeto contra una fuerza. El ejemplo más clásico de esto es cuando movemos un objeto contra la gravedad, como cuando levantamos un vaso de agua. Se llama «energía potencial» porque si dejamos de agarrar el vaso, este se empezará a mover y chocará contra el piso. Sin embargo, si lo seguimos sosteniendo, no ocurre ningún movimiento. Es como si guardáramos la capacidad de movimiento del vaso. Así, ambos conceptos de energía remiten a la capacidad de algo de realizar movimiento, ya sea una pelota de fútbol o un vaso a punto de caer.
¿Y qué tiene que ver todo esto con el «trabajo» que mencionamos? De acuerdo con la Enciclopedia Británica, el trabajo es la medida de la energía transferida cuando un objeto es movido una cierta distancia. Por ejemplo, cuando pateamos una pelota de fútbol, estamos transfiriendo parte de nuestra energía cinética a la pelota. Lo mismo sucede sucede cuando un motor quema combustible: se está transfiriendo la energía potencial contenida en la gasolina hacia el auto para que este se mueva. De esta manera, tanto nuestro cuerpo, como la gasolina, son capaces de realizar trabajo; es decir, de transferir energía. Esta es la relación de la energía con el trabajo.
Una manera de entender la relación entre energía y trabajo es usando la analogía del dinero. La cantidad de dinero que tienes en el banco y en tu billetera representa tu poder adquisitivo total. De manera similar, la cantidad de energía cinética y potencial que tienes es tu capacidad total de realizar movimiento.
Cuando compras una hamburguesa, estás usando parte de tu dinero, pero no todo. Estás transfiriendo parte de tu poder adquisitivo a tu cadena de hamburguesas favorita. Por otro lado, cuando realizas trabajo, estás transfiriendo parte de tu capacidad para producir movimiento a otra cosa.
Así, la energía no es otra cosa que la capacidad para producir movimiento. Nuestros cuerpos, la gasolina y una batería tienen energía porque son capaces de hacer que otras cosas se muevan. Por otro lado, el trabajo es la cantidad de energía transferida en una interacción, como cuando empujas algo pesado.
