1.1.5: Dos leyes energéticas

Un concepto muy importante en la física del sonido (y para toda la física) es la ley de conservación de la energía: La energía no puede crearse ni destruirse sino que puede transformarse de un tipo de energía a otro.

Considera las siguientes conversiones de energía. Haces\(10\text{ J}\) de trabajo en el resorte de una pistola de juguete para que se almacene\(10\text{ J}\) la de energía potencial. Cuando aprietas el gatillo la energía del resorte se convierte en energía cinética y una bola deja el arma yendo hacia arriba.\(10\text{ J}\) La energía cinética se convierte gradualmente en energía potencial gravitacional a medida que la bola va hacia arriba. A mitad de camino tiene\(5\text{ J}\) de energía cinética y\(5\text{ J}\) de potencial. En la parte superior no hay izquierda cinética pero se tiene\(10\text{ J}\) de energía potencial gravitacional. En el camino hacia abajo, la energía potencial se convierte gradualmente en energía cinética. Justo antes de que la pelota golpee el suelo tiene\(10\text{ J}\) de energía cinética. Una vez que golpea el suelo\(10\text{ J}\) se convierte en sonido y calor; la pelota es apenas un poquito más cálida de lo que era.

También puedes rastrear el original\(10\text{ J}\) atrás en el tiempo antes de empujar el resorte en la pistola de juguete. La energía para mover tu brazo provino de la energía química almacenada en tu cuerpo. Esta energía química vino de las plantas y/o animales que comiste. Esa energía eventualmente se remonta a la energía nuclear liberada en forma de ondas electromagnéticas del sol. Las plantas absorbieron esta energía lumínica para formar energía química almacenada para que usted la coma. La energía nunca fue creada ni destruida en ninguno de estos pasos de conversión. A la ley de conservación de la energía también se le llama la primera ley de la termodinámica.

Hay una segunda ley energética que también es muy importante pero no necesitaremos conocer los detalles de cómo funciona. La segunda ley de la termodinámica dice que cada vez que cambias la energía de una forma a otra, parte de la energía debe (¡esa es la ley!) terminan en una forma mucho menos útil, generalmente como energía térmica aleatoria (calor). Cuando la energía mecánica de inclinar un violín se convierte en energía vibratoria en las cuerdas y luego esa energía se convierte en energía sonora en el aire, una pequeña cantidad de la energía total siempre termina como calor. El violín y el aire circundante serán solo un poquito más cálidos. De igual manera, los amplificadores para radios, estéreos y guitarras eléctricas desprenden calor porque están convirtiendo la energía eléctrica en energía sonora; según la segunda ley el proceso de conversión tiene que desprender algo de calor.

Figura\(\PageIndex{1}\)

Como puede verse en la imagen anterior, como resultado de la segunda ley, a veces la energía utilizable es sólo una pequeña fracción de la energía total utilizada. El motor de tu auto es muy ineficiente, perdiendo alrededor\(74\%\) de la energía como calor. La nueva tecnología puede mejorar algunas cosas pero mientras estés quemando gasolina la eficiencia de un motor de automóvil se mantendrá muy\(50\%\) por debajo debido a la segunda ley de la termodinámica. Muchos otros procesos de conversión de energía son más eficientes que los procesos que queman una fuente de combustible. Por ejemplo, los grandes motores y generadores eléctricos pueden ser más que\(90\%\) eficientes en la conversión de energía eléctrica en energía mecánica o viceversa. La segunda ley aún se aplica pero la consecuencia no es tan severa en el caso de las conversiones eléctricas.

Ejemplos de video/audio

• Ejemplos de conservación de energía: Bola de bolos, verdadera montaña rusa, animación de montaña rusa.