Simulacro Saber 11 - Ciencias Naturales - Transformación y conservación de la energía

Introducción

La energía es la capacidad que tiene un objeto o sistema para realizar un trabajo o producir un cambio.
En todo proceso físico, la energía se transforma de una forma a otra, pero siempre permanece constante en un sistema cerrado.
Este principio, conocido como Ley de Conservación de la Energía, afirma que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Para quienes presentan Saber 11, entender los tipos de energía y sus transformaciones resulta fundamental.
Aspectos como el rozamiento (que convierte energía mecánica en calor), la conversión de energía potencial en cinética o los fenómenos de disipación energética suelen aparecer en los ejercicios de física.

Formas de energía y sus transformaciones

Energía potencial

Se refiere a la energía que un objeto posee debido a su posición o configuración.
Existen varios tipos de energía potencial, entre ellos:
Energía potencial gravitacional: Asociada a la altura de un objeto respecto de un punto de referencia (por ejemplo, la cima de una montaña).
Energía potencial elástica: Almacenada en resortes u objetos que pueden deformarse y luego recuperar su forma (un arco tensado, un muelle comprimido).
Cuando el objeto modifica su posición o se libera la deformación, la energía potencial se transforma, a menudo en energía cinética.

Energía cinética

Esta energía está asociada al movimiento de los cuerpos.
Su magnitud depende de la masa y la velocidad del objeto.
Por ejemplo, un automóvil en marcha o un ciclista rodando cuesta abajo poseen energía cinética.
En un Examen Saber 11, es común que se pregunte cómo la energía potencial se convierte en cinética a medida que un objeto desciende por un plano inclinado o cae libremente.

Energía térmica

La energía térmica o calorífica se vincula con el movimiento interno de las partículas de una sustancia.
La fricción, por ejemplo, convierte la energía cinética de dos superficies en contacto en calor.
Un ejemplo cotidiano es el calentamiento de los frenos de un automóvil al frenar.

Energía química

Relacionada con la estructura interna de la materia, se libera o absorbe en reacciones químicas.
Un combustible posee energía química que puede transformarse en energía mecánica, como sucede en el motor de un vehículo.

Otras formas de energía

Energía eléctrica: Cuando las cargas eléctricas se mueven a través de un conductor.
Energía luminosa: Emisión de luz, como la producida en una bombilla.
Energía nuclear: Liberada en reacciones del núcleo atómico, presente en las centrales nucleares o en procesos de fusión y fisión.

Conservación de la energía

Principio de la conservación

En un sistema cerrado y sin fricción, la energía total se mantiene constante.
Esto significa que si disminuye la energía cinética, la diferencia se refleja en otra forma de energía, como la potencial o viceversa, sin que haya una desaparición o creación espontánea.
Ejemplo: Un objeto que cae desde cierta altura en ausencia de resistencia del aire convierte totalmente su energía potencial gravitacional en energía cinética justo antes de tocar el suelo.

Situaciones con fricción o resistencia

Cuando hay rozamiento o resistencia del aire, se disipa parte de la energía mecánica en forma de calor o sonido.
De esta manera, la energía total del sistema incluye estas formas adicionales, por lo que la energía mecánica disminuye, pero la energía total (mecánica + térmica + sonido) sigue siendo constante a nivel global.

Aplicaciones cotidianas

Frenado de vehículos: La energía cinética del coche se transforma en calor en los frenos.
Montañas rusas: Usan la conversión entre energía potencial y cinética; si hay fricción, parte de esta energía se pierde en forma de calor y el vagón no recupera la misma altura.
Bombillas: Convierten la energía eléctrica en luz y calor.

Ejemplos de transformaciones energéticas

Subir y bajar colinas en bicicleta

Al subir la colina, la energía cinética (producto del pedaleo) se convierte en energía potencial gravitacional.
Al descender sin pedalear, esa energía potencial se convierte de nuevo en cinética.
Si existe fricción, parte se disipa como calor.

Resorte comprimido

Al deformar un resorte, se almacena energía potencial elástica.
Cuando se suelta, dicha energía se convierte en cinética y, si el objeto se eleva, parte pasa a ser energía potencial gravitacional.
Luego puede retornar a energía cinética en el descenso.

Choques y rebotes de pelotas

Al rebotar, la pelota va perdiendo altura en cada impacto porque parte de la energía mecánica se transforma en energía térmica y sonora.
Por eso, el rebote sucesivo es de menor altura.

Aspectos a considerar en la conservación de la energía

Presencia de fuerzas disipativas

Cuando interviene la fricción, el rozamiento o la resistencia del aire, se genera calor.
Este calor no se ve como energía mecánica, pero sigue existiendo dentro del sistema en forma de energía térmica.

Sistemas abiertos vs. sistemas cerrados

Sistema cerrado: No intercambia materia ni energía con el entorno, por lo que su energía total permanece constante.
Sistema abierto: Intercambia energía con el medio, y la medición de la energía debe considerar el entorno para entender el balance energético.

Conservación a escala universal

Incluso a nivel cósmico, se cumplen estos principios: un satélite en órbita sin fricción mantiene su energía mecánica constante (suma de la energía cinética y la potencial gravitacional).
Si la órbita fuese rasante con la atmósfera, el rozamiento generaría calor y cambiaría la situación.

Consejos para el estudio de la transformación y conservación de la energía

Comprender los tipos de energía: Distinguir entre energía potencial, cinética, térmica, etc., para identificar qué se conserva y cómo se transforma.
Identificar fuerzas disipativas: Ver si interviene fricción para explicar por qué disminuye la velocidad o por qué se calientan ciertas partes de un sistema.
Aplicar fórmulas simples: Usar la ecuación de la energía mecánica Em=Ep+Ek.
En condiciones ideales sin fricción, Em se conserva.
Analizar experimentos sencillos: Observar un péndulo, una pelota rebotando o la caída de un objeto para reconocer la transformación entre energía potencial y cinética.
El ICFES Saber 11 suele incluir preguntas donde se relacionan la altura, la velocidad y la energía mecánica total, así como el rol de la fricción.
A veces, en la Preparación Saber 11, se invita a practicar problemas con diagramas y tablas de energía para afianzar la idea de conservación.

Relevancia en la vida diaria y en evaluaciones académicas

En la cotidianidad: Entender por qué un carro no regresa a la misma altura en una pendiente, cómo funciona una central hidroeléctrica o por qué los frenos se calientan en un vehículo.
En las evaluaciones: Temas de cambios de estado, rozamiento y definiciones de la ley de conservación de la energía aparecen en el ámbito académico, tanto en un Examen Saber 11 como en cursos de física básica.

Conclusión

La transformación y conservación de la energía constituyen uno de los pilares de la física.
Reconocer estas leyes ayuda a explicar fenómenos tan diversos como el movimiento de un satélite, la altura de un rebote de pelota, la operación de una montaña rusa o el frenado de un automóvil.
Con prácticas y ejercicios, se comprende que la energía adopta distintas formas, pero nunca se crea ni destruye.
Adquirir este entendimiento no solo resulta clave en el estudio de la física, sino también para responder con solvencia en la preparación escolar y en contextos prácticos.