Energía
La energía es la capacidad de realizar trabajo o causar cambio; existe en formas como cinética, potencial, térmica y luminosa, y se mide en joules.
Definition
La energía es lo que hace que las cosas sucedan: la capacidad de mover algo, calentar algo, iluminar algo o producir un sonido. Es la capacidad de realizar trabajo o producir cambio, y viene en muchas formas, incluyendo cinética (movimiento), potencial (almacenada por posición o condición), térmica, química, eléctrica, luminosa, sonora y nuclear. La unidad del SI es el joule (J), el trabajo realizado por una fuerza de $1\ \text{N}$ a lo largo de $1\ \text{m}$, y la energía puede transferirse y transformarse pero nunca crearse ni destruirse. Formalmente, la energía es una cantidad escalar conservada asociada con el estado de un sistema; las formas mecánicas son la energía cinética $K = \tfrac{1}{2}mv^2$ y la energía potencial $U$, definida para fuerzas conservativas mediante $F = -dU/dx$, y el teorema del trabajo y la energía, $W_{\text{net}} = \Delta K$, conecta la fuerza con la energía. La conservación de la energía se deriva de la simetría de traslación temporal (el teorema de Noether), y en relatividad la masa misma es una forma de energía, $E = mc^2$.
Example
La comida que ingieres te da energía para correr, una batería almacena energía para encender una linterna, y la luz del sol lleva energía que calienta tu rostro. Levantar un libro de $2\ \text{kg}$ $1.5\ \text{m}$ hasta un estante toma $W = mgh = 2 \times 9.8 \times 1.5 = 29.4\ \text{J}$ de trabajo, y el libro entonces almacena $29.4\ \text{J}$ de energía potencial gravitacional. Una pelota de $0.5\ \text{kg}$ soltada desde $10\ \text{m}$ empieza con $U = 0.5 \times 9.8 \times 10 = 49\ \text{J}$, y justo antes del impacto toda esa energía es cinética: $\tfrac{1}{2}(0.5)v^2 = 49$, así que $v = 14\ \text{m/s}$. No se necesitaron fuerzas, solo contabilidad.
Key Insight
La energía nunca se agota. Cuando andas en bicicleta, la energía de tu desayuno se convierte en movimiento y calor; cambia de forma pero no desaparece. Toda historia de energía termina en calor, porque sin importar en qué forma empiece la energía, la fricción y otras pérdidas eventualmente la esparcen como energía térmica difícil de recuperar. Es mejor pensar en la energía como una herramienta contable en vez de una sustancia. Su poder viene del hecho de que el total nunca cambia, así que un problema difícil sobre fuerzas a menudo se convierte en un problema fácil sobre totales de antes y después.