Son muchas las ocasiones a lo largo de la historia en las que se ha especulado con la posibilidad de la fabricación de un móvil perpetuo, es decir, aquella máquina ideal que, con darle un pequeño impulso inicial, comienza su recorrido perpetuo, proporcionando trabajo de manera infinita sin la necesidad de aportar energía extra.

Incluso a día de hoy, sin la obligación de remontarse a tiempos anteriores, con tan sólo adentrándonos en la red, es posible visionar que no son pocos los que continúan confiando en alcanzar lo que matemática, física y termodinámicamente es imposible.

Es obvio lo atractivo que resulta para la humanidad la posibilidad de alcanzar esta máquina ideal, la cual proporcionaría energía de manera infinita y, además, de forma gratuita. Sin embargo, como mencionara anteriormente, esta posibilidad queda descartada haciendo un simple repaso por el mundo de las matemáticas, la física y, dentro de esta, de la termodinámica.

Comencemos en la Alemania de principios del siglo XX donde la matemática Emmy Noether en 1915 formula el teorema que lleva su nombre, Teorema de Noether. Este teorema es de vital importancia para entender lo que aquí nos atañe y enuncia:

A toda transformación continua de las coordenadas o/y los campos que deje invariante la acción en un volumen cuadridimensional le corresponde una corriente conservada jμ en la evolución que cumple Dμjμ=0”

Esto quiere decir que a cualquier simetría diferenciable, proveniente de un sistema físico, le corresponde una ley de conservación.

Ejemplos que hagan más fácil la compresión de este teorema pueden ser, la Ley de Conservación del Momento Lineal, que proviene de la simetría del Universo con respecto a las traslaciones en el espacio. De tal forma que si, por ejemplo, hacemos un experimento en Madrid para luego realizarlo en Tokyo, el resultado será el mismo, esto es, se conserva el momento lineal.

Por otro lado, podemos afirmar a ciencia cierta que todo lo que sucede a nuestro alrededor cada día lo hace siempre de la misma manera, a saber, el agua de los ríos fluye hacia las costas, los sonidos que percibimos son iguales, los colores, el peso, los tamaños etc. Esto que, obviamente, representa una simetría diferenciable, va asociado a la Ley de Conservación de la Energía la cual dice, como bien sabemos, que, la energía ni se crea ni se destruye, simplemente se transforma.

Esta ley es de gran relevancia para el tema que aquí estamos tratando. Una máquina, supuestamente perpetua, debe de conservar la energía en su interior debido a la nombrada ley. De tal forma que, cualquier pérdida de energía que tenga el sistema, ya sea en forma de fricción o de calor, hará que la energía del sistema se vaya disipando hasta provocar que el movimiento desaparezca.

Analicemos pues, las pérdidas resultantes por calor y las pérdidas por fricción.

Pérdidas por calor

Aquí es donde entra a jugar la Termodinámica, en concreto el Primer Principio, que formulado dice,

el calor generado en un sistema es igual al sumatorio del trabajo y la variación de energía interna. Lo que sucede llegados a este punto y, sabiendo que la variación de energía interna dentro de un ciclo es nula,

es que el calor generado en el sistema es igual al trabajo. Esto nos lleva a que, al tener un sistema ideal sin pérdidas calóricas, por lo tanto, aplicando el Primer Principio,

El trabajo generado por este aparato es nulo, a saber, nuestra máquina ideal queda descartada.

Pérdidas por fricción

Aun así, los fundamentos anteriormente expuestos, los cuales ya aportan gran peso a nuestra argumentación, no son los únicos que tiran abajo la posibilidad de conseguir el ansiado movimiento perpetúo. El que se va a exponer a continuación, quizás hasta sea más contundente.

Supongamos que por un momento el problema del calor queda resuelto, ¿qué pasaría con las pérdidas por fricción?

Por mucho que no guste, las pérdidas por fricción suponen el escoyo más difícil de superar.

Trasladémonos por un momento allá donde el rozamiento es prácticamente nulo, el espacio exterior. La densidad de partículas atómicas existentes en el espacio es muchísimo menor que en la atmósfera de nuestro planeta, la Tierra y, aun dejando de lado el efecto que puedan tener los campos gravitatorios sobre nuestro movimiento perpetuo ahora espacial, el simple hecho de la colisión con partículas atómicas, provocará un rozamiento. Si es verdad que este podría ser tan pequeño, que el tiempo necesario para frenar por completo el movimiento pudiera ser extremadamente grande, pero finito.

Imaginémonos entonces, ¿qué sucedería en la Tierra con nuestra supuesta máquina? ¿Qué pasaría con el rozamiento entre las piezas de nuestro sistema? Pues que por mucho que se tratasen de reducir las zonas de contacto, estas no podrían desaparecer. El contacto genera una fricción que, sumada al calor, hacen que por la Ley de Conservación de la Energía, el movimiento perpetuo sea matemática, física y termodinámicamente imposible.

Autor de la entrada: Carlos Antero Simón Lentini (Alumno del Grado en Ingeniería de Organización Industrial).