Los filósofos antiguos tan atrás como tales de Mileto C. 550 A. C.tenían indicios de la conservación de alguna sustancia subyacente de la que todo está hecho., Sin embargo, no hay ninguna razón particular para identificar sus teorías con lo que hoy conocemos como «energía-masa» (por ejemplo, Thales pensó que era agua). Empédocles (490-430 A. C.) escribió que en su sistema universal, compuesto de cuatro raíces (tierra, aire, agua, fuego), «nada llega a ser o perece»; en cambio, estos elementos sufren una reorganización continua. Epicuro (c., 350 A. C.), Por otro lado, creía que todo en el universo estaba compuesto de unidades indivisibles de materia—el antiguo precursor de los ‘átomos’—y él también tenía alguna idea de la necesidad de conservación, afirmando que «la suma total de las cosas siempre fue tal como es ahora, y tal será siempre.»

en 1605, Simon Stevinus fue capaz de resolver una serie de problemas en la estática basada en el principio de que el movimiento perpetuo era imposible.,

en 1639, Galileo publicó su análisis de varias situaciones, incluido el célebre «péndulo interrumpido», que se puede describir (en el lenguaje moderno) como la conversión conservadora de energía potencial a energía cinética y viceversa. Esencialmente, señaló que la altura a la que se eleva un cuerpo en movimiento es igual a la altura desde la que cae, y utilizó esta observación para inferir la idea de inercia. El aspecto notable de esta observación es que la altura a la que asciende un cuerpo en movimiento sobre una superficie sin fricción no depende de la forma de la superficie.,

en 1669, Christiaan Huygens publicó sus leyes de colisión. Entre las cantidades que enumeró como invariantes antes y después de la colisión de los cuerpos fueron tanto la suma de sus momentos lineales, así como la suma de sus energías cinéticas. Sin embargo, la diferencia entre colisión elástica e inelástica no se entendió en ese momento. Esto llevó a la disputa entre los investigadores posteriores en cuanto a cuál de estas cantidades conservadas era la más fundamental., En su Horologium Oscillatorium, dio una declaración mucho más clara sobre la altura de ascenso de un cuerpo en movimiento, y conectó esta idea con la imposibilidad de un movimiento perpetuo. El estudio de Huygens de la dinámica del movimiento del péndulo se basó en un único principio: que el Centro de gravedad de un objeto pesado no puede elevarse a sí mismo.

El hecho de que la energía cinética es escalar, a diferencia del momento lineal que es un vector, y por lo tanto más fácil de trabajar con él, no escapó a la atención de Gottfried Wilhelm Leibniz., Fue Leibniz durante 1676-1689 que primero intentó una formulación matemática del tipo de energía que está conectado con el movimiento (energía cinética). Usando el trabajo de Huygens sobre la colisión, Leibniz notó que en muchos sistemas mecánicos (de varias masas, mi cada una con velocidad vi),

∑ I m i v i 2 {\displaystyle \sum _{i}m_{I}v_{i}^{2}}

se conservó mientras las masas no interactuaran. Llamó a esta cantidad la vis viva o fuerza viva del sistema. El principio representa una declaración precisa de la conservación aproximada de la energía cinética en situaciones donde no hay fricción., Muchos físicos en ese momento, como Newton, sostenían que la conservación del momento, que se mantiene incluso en sistemas con fricción, como se define por el momento:

∑ I m i v i {\displaystyle \,\!\sum _ {i}m_{I}v_{i}}

fue el VIS viva conservado. Más tarde se demostró que ambas cantidades se conservan simultáneamente, dadas las condiciones adecuadas, como una colisión elástica.

en 1687, Isaac Newton publicó su Principia, que se organizó en torno al concepto de fuerza e impulso., Sin embargo, los investigadores se apresuraron a reconocer que los principios establecidos en el libro, aunque buenos para las masas puntuales, no eran suficientes para abordar los movimientos de los cuerpos rígidos y fluidos. También se requieren otros principios.

la Ley de conservación de vis viva fue defendida por el dúo padre e hijo, Johann y Daniel Bernoulli. El primero enunció el principio del trabajo virtual como se usa en la estática en toda su generalidad en 1715, mientras que el segundo basó su Hydrodynamica, publicado en 1738, en este único principio de conservación., El estudio de Daniel de la pérdida de vis viva del agua corriente lo llevó a formular el principio de Bernoulli, que relaciona la pérdida con el cambio en la presión hidrodinámica. Daniel también formuló la noción de trabajo y eficiencia para las máquinas hidráulicas; y dio una teoría cinética de los gases, y vinculó la energía cinética de las moléculas de gas con la temperatura del gas.,

este enfoque en el vis viva por parte de los físicos continentales finalmente llevó al descubrimiento de los principios de estacionalidad que rigen la mecánica, como el principio de D’Alembert, las formulaciones Lagrangianas y Hamiltonianas de la mecánica.

Émilie du Châtelet (1706-1749) propuso y probó la hipótesis de la conservación de la energía total, a diferencia del momento. Inspirada en las teorías de Gottfried Leibniz, repitió y dio a conocer un experimento originalmente ideado por Willem ‘ s Gravesande en 1722 en el que las bolas se dejaron caer desde diferentes alturas en una hoja de arcilla suave., La energía cinética de cada bola-como se indica por la cantidad de material desplazado – se demostró que es proporcional al cuadrado de la velocidad. Se encontró que la deformación de la arcilla era directamente proporcional a la altura desde la que se cayeron las bolas, igual a la energía potencial inicial. Los trabajadores anteriores, incluidos Newton y Voltaire, habían creído que la «energía» (en la medida en que entendían el concepto en absoluto) no era distinta del momento y, por lo tanto, proporcional a la velocidad., De acuerdo con este entendimiento, la deformación de la arcilla debería haber sido proporcional a la raíz cuadrada de la altura desde la que se cayeron las bolas. En la física clásica, la fórmula correcta es E k = 1 2 m v 2 {\displaystyle E_{k}={\frac {1}{2}}mv^{2}} , donde E k {\displaystyle E_{k}} es la energía cinética de un objeto, m {\displaystyle m} su masa y v {\displaystyle v} su velocidad. Sobre esta base, du Châtelet propuso que la energía debe tener siempre las mismas dimensiones en cualquier forma, lo que es necesario para poder relacionarla en diferentes formas (cinética, potencial, calor.).,

ingenieros como John Smeaton, Peter Ewart, Carl Holtzmann, Gustave-Adolphe Hirn y Marc Seguin reconocieron que la conservación del impulso por sí sola no era adecuada para el cálculo práctico e hicieron uso del principio de Leibniz. El principio también fue defendido por algunos químicos como William Hyde Wollaston. Académicos como John Playfair se apresuraron a señalar que la energía cinética claramente no se conserva. Esto es obvio para un análisis moderno basado en la segunda ley de la termodinámica, pero en los siglos 18 y 19, el destino de la energía perdida aún era desconocida.,

gradualmente se llegó a sospechar que el calor inevitablemente generado por el movimiento bajo fricción era otra forma de vis viva. En 1783, Antoine Lavoisier y Pierre-Simon Laplace revisaron las dos teorías competidoras de vis viva y la teoría calórica. Las observaciones del Conde Rumford de 1798 de la generación de calor durante el sondeo de cañones añadieron más peso a la opinión de que el movimiento mecánico podía convertirse en calor y (lo que es igualmente importante) que la conversión era cuantitativa y podía predecirse (lo que permite una constante de conversión universal entre la energía cinética y el calor)., Vis viva entonces comenzó a ser conocido como energía, después de que el término fue utilizado por primera vez en ese sentido por Thomas Young en 1807.

la recalibración de vis viva a

1 2 ∑ I m i v i 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}\sum _{i}m_{I}v_{i}^{2}}

que puede entenderse como la conversión de energía cinética para trabajar, fue en gran parte el resultado de Gaspard-Gustave Coriolis y Jean-Victor Poncelet durante el período 1819-1839. El primero llamado quantity quantité de travail (cantidad de trabajo) y el segundo, travail mécanique (trabajo mecánico), y ambos defendieron su uso en el cálculo de ingeniería.,

en un artículo Über die Natur der Wärme(alemán «sobre la naturaleza del calor / calor»), publicado en el Zeitschrift für Physik en 1837, Karl Friedrich Mohr dio una de las primeras declaraciones generales de la doctrina de la conservación de la energía: «además de los 54 elementos químicos conocidos, hay en el mundo físico un solo agente, y esto se llama Kraft . Puede aparecer, según las circunstancias, como movimiento, afinidad química, cohesión, electricidad, luz y magnetismo; y de cualquiera de estas formas puede transformarse en cualquiera de las otras.,»

equivalente mecánico del caloreditar

Una etapa clave en el desarrollo del principio de conservación moderno fue la demostración del equivalente mecánico del calor. La teoría calórica sostenía que el calor no podía ser creado ni destruido, mientras que la conservación de la energía implica el principio contrario de que el calor y el trabajo mecánico son intercambiables.

a mediados del siglo XVIII, Mikhail Lomonosov, un científico ruso, postuló su teoría corpusculo-cinética del calor, que rechazó la idea de un calórico., A través de los resultados de estudios empíricos, Lomonosov llegó a la conclusión de que el calor no se transfería a través de las partículas del líquido calórico.

en 1798, el Conde Rumford (Benjamin Thompson) realizó mediciones del calor friccional generado en cañones aburridos, y desarrolló la idea de que el calor es una forma de energía cinética; sus mediciones refutaron la teoría calórica, pero fueron lo suficientemente imprecisas como para dejar lugar a dudas.

el principio de equivalencia mecánica fue establecido por primera vez en su forma moderna por el cirujano alemán Julius Robert von Mayer en 1842., Mayer llegó a su conclusión en un viaje a las Indias Orientales Holandesas, donde encontró que la sangre de sus pacientes era un rojo más profundo porque consumían menos oxígeno, y por lo tanto menos energía, para mantener su temperatura corporal en el clima más cálido. Descubrió que el calor y el trabajo mecánico eran ambas formas de energía y en 1845, después de mejorar su conocimiento de la física, publicó una monografía que establece una relación cuantitativa entre ellos.

mientras tanto, en 1843, James Prescott Joule descubrió independientemente el equivalente mecánico en una serie de experimentos. En el más famoso, ahora llamado el «aparato Joule», un peso descendente unido a una cuerda hizo que una paleta sumergida en agua girara. Demostró que la energía potencial gravitacional perdida por el peso en descenso era igual a la energía interna ganada por el agua a través de la fricción con la paleta.,

durante el período 1840-1843, un trabajo similar fue llevado a cabo por el ingeniero Ludwig A. Colding, aunque era poco conocido fuera de su Dinamarca natal.

tanto el trabajo de Joule como el de Mayer sufrieron resistencia y abandono, pero fue el de Joule el que finalmente atrajo el reconocimiento más amplio.

en 1844, William Robert Grove postuló una relación entre la mecánica, el calor, la luz, la electricidad y el magnetismo tratándolos a todos como manifestaciones de una sola «fuerza» (energía en términos modernos). En 1846, Grove publicó sus teorías en su libro The Correlation of Physical Forces. En 1847, basándose en el trabajo anterior de Joule, Sadi Carnot y Émile Clapeyron, Hermann von Helmholtz llegó a conclusiones similares a las de Grove y publicó sus teorías en su libro Über die Erhaltung der Kraft (sobre la conservación de la fuerza, 1847)., La aceptación general moderna del principio se deriva de esta publicación.

en 1850, William Rankine utilizó por primera vez la frase la Ley de la conservación de la energía para el principio.

en 1877, Peter Guthrie Tait afirmó que el principio se originó con Sir Isaac Newton, basado en una lectura creativa de las proposiciones 40 y 41 de la Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Esto es ahora considerado como un ejemplo de la historia Whig.

equivalencia masa–energíaeditar

La materia está compuesta de átomos y lo que los compone. La materia tiene masa intrínseca o en reposo. En el rango limitado de la experiencia reconocida del siglo XIX se encontró que tal masa de descanso se conserva. La teoría de la relatividad especial de Einstein de 1905 mostró que la masa en reposo corresponde a una cantidad equivalente de energía en reposo., Esto significa que la masa en reposo se puede convertir a o a partir de cantidades equivalentes de formas de energía (no materiales), por ejemplo, energía cinética, energía potencial y energía radiante electromagnética. Cuando esto sucede, como se reconoce en la experiencia del siglo XX, la masa en reposo no se conserva, a diferencia de la masa total o energía total. Todas las formas de energía contribuyen a la masa total y a la energía total.

por ejemplo, un electrón y un positrón tienen masa en reposo. Pueden perecer juntos, convirtiendo su energía de reposo combinada en fotones con energía radiante electromagnética, pero sin masa de reposo., Si esto ocurre dentro de un sistema aislado que no libera los fotones o su energía en el entorno externo, entonces ni la masa total ni la energía total del sistema cambiarán. La energía radiante electromagnética producida contribuye tanto a la inercia (y a cualquier peso) del sistema como lo hizo la masa restante del electrón y el positrón antes de su desaparición. Del mismo modo, las formas no materiales de energía pueden perecer en materia, que tiene masa de reposo.,

Por lo tanto, la conservación de la energía (total, incluyendo la energía material o de reposo), y la conservación de la masa (total, no solo el reposo), cada uno todavía se mantiene como una ley (equivalente). En el siglo 18 estas habían aparecido como dos leyes aparentemente distintas.,

Conservation of energy in beta decayEdit

El descubrimiento en 1911 de que los electrones emitidos en decaimiento beta tienen un espectro continuo en lugar de discreto parecía contradecir la conservación de energía, bajo la suposición actual de que la decaimiento beta es la emisión simple de un electrón desde un núcleo. Este problema fue finalmente resuelto en 1933 por Enrico Fermi, quien propuso la descripción correcta de la desintegración beta como la emisión tanto de un electrón como de un antineutrino, que se lleva la energía aparentemente faltante.,