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La energía mecánica

n la construcción de sus templos y pirámides, los antiguos utilizaron las llamadas máquinas simples. Los estudios de Arquímedes sobre las palancas nos muestran sus conocimientos respecto a las palancas, las poleas, el plano inclinado y el tornillo. Él hizo ver que la reducción de la fuerza empleada con cualquiera de estas máquinas se compensaba con su aplicación durante un recorrido mayor, o sea que el trabajo realizado (fuerza por distancia) se mantenía el mismo con o sin la máquina simple. Éste fue un primer paso hacia el principio de la conservación de la energía que los físicos Mayer y Joule establecieron en 1842, y que dice la energía no se crea ni se destruye, sólo puede transformarse de una forma de energía en otra.

Los griegos sabían cómo emplear la energía potencial o de altura del agua, para mover la rueda de un molino y por medio del tornillo de Arquímedes, transformar trabajo mecánico para subir agua a cierta altura.

Hace mucho tiempo, la fuerza humana era la única disponible para sembrar, viajar, cazar, edificar y manufacturar armas y objetos. Después se ayudó con el empleo de la fuerza de diversos animales, como el perro, el caballo y el toro, a los que pudo domesticar. Posteriormente aprendió a usar la energía cinética y potencial del agua de los ríos para realizar trabajo mecánico, y la del viento, en la transportación en ríos, lagos y mares. Por último, aprendió a transformar todas las formas de energía en trabajo mecánico. En países desarrollados, el trabajo realizado por las máquinas es dos mil veces superior al trabajo humano que podrían realizar las personas que en él viven.

La energía química

Al quemar madera, el carbón que contiene se combina con el oxígeno del aire para formar un nuevo compuesto, el bióxido de carbono, que es un gas, y se libera gran cantidad de energía.

Un antepasado del hombre actual, el hombre de Pekín, usaba el fuego en su provecho, hace unos 500 000 años. Esto se sabe por la enorme cantidad de cenizas encontrada en las cuevas que habitaba.

Hace 50 000 años el hombre moderno había heredado de sus antepasados el uso de este poderoso energético, el fuego, o sea la combustión química.

Durante cientos de miles de años, el principal energético del hombre y sus antepasados fue la madera. Hace un siglo, el carbón mineral pasó a ocupar el primer lugar.

Hace medio siglo, los hidrocarburos (petróleo y gas) se transformaron en el energético principal, lugar que mantendrán hasta principios del próximo siglo, cuando el carbón mineral ocupará nuevamente ese lugar.

Dentro de veinte años, cuando las reservas de los hidrocarburos hayan disminuido notablemente, muchos países del mundo contarán con reservas importantes de carbón mineral. La URSS, Estados Unidos, Canadá, Australia, China y varios países europeos, cuentan con reservas de carbón mineral para seguir operando por unos cien años.

Los países de Latinoamérica y muchos de África que no cuentan con reservas, ni siquiera modestas, de carbón mineral, deberán emplear otros energéticos y en particular, a corto plazo (dentro de varias décadas), la energía nuclear.

Otros energéticos químicos que tuvieron y tienen una gran trascendencia en el desarrollo de la humanidad, son la pólvora, la dinamita y la nitroglicerina.

El calor

Hace dos mil años, en Egipto, Herón de Alejandría construyó la primera máquina de vapor que transformó energía calorífica en trabajo mecánico (Figura 10). El vapor producido en una caldera pasa a una esfera que puede girar alrededor de un eje y tiene dos chiflones por donde escapa el vapor. La esfera gira por el mismo principio por el que se mueve un cohete o un globo al que se le escapa el aire, esto configura la ley de la acción y la reacción de Newton.

Después de este descubrimiento, el mundo tuvo que esperar a que llegaran Galileo y sus discípulos para que se volviera a estudiar el comportamiento de los gases y vapores. Galileo fue el primero en estudiar el calor que contienen los cuerpos calientes y para ello construyó el primer termómetro que se basaba en que el gas contenido en un recipiente se expande o dilata al calentarse.

Existen numerosas maneras de calentar un cuerpo. Una de ellas es empleando la energía del fuego o sea la energía química. (Nuestro cuerpo se mantiene caliente gracias a la energía química que ingerimos en forma de alimento). Otra es absorbiendo la energía radiante que nos llega del Sol o de otro cuerpo caliente. Una más es por medio de la energía eléctrica. La energía mecánica, a través de la frotación, también produce calentamiento.

El calor que contiene un cuerpo puede emplearse en producir un trabajo mecánico. Como una aplicación de su ley de la acción y la reacción, Newton ideó un automóvil de cuatro ruedas movido por el chorro de vapor que salía de una caldera a través de un escape dirigido hacia atrás. Este coche nunca se construyó, pero todos hemos visto como se mueve un globo cuando se le sale el aire por la boquilla, que es el mismo principio.

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