La crisis energética y la ciencia escolar

Fernando Cajas

Los precios de la gasolina y el diésel ya subieron el 30 % en las últimas semanas. El transporte público suben tarifas y el costo de la canasta básica empieza a resentirse. Todo porque, desde el 28 de febrero, la guerra entre Estados Unidos, Israel e Irán cerró el Estrecho de Ormuz: ese angosto corredor por donde pasa el 20 % del petróleo mundial, la fuente de energía más importante de la sociedad moderna.

Esta introducción pareciera sencilla: «subieron el 30%». Esto es, si el galón de gasolina estaba a 30 quetzales ahora ¿a cuanto estará? En un país donde apenas el 85% de los graduandos pasa el examen de matemática, entender esto ya es un reto. Si el galón costaba 30, cuanto es el 30% más: 30 x 1.30=39. Ese es el precio actual, 39 quetzales.

Asumimos que los niños aprenden intuitivamente a sumar, restar, multiplicar, dividir, calcular porcentajes, pero no. Es bastante común que a los niños (y a muchos adultos también) les resulte muy difícil calcular porcentajes. No es solo cuestión de «no practicar suficiente». Las tareas escolares pueden contener cientos de cálculos de porcentajes y los niños no entender nada y el profesor menos. Hay varias razones cognitivas, conceptuales, sociales y de enseñanza que explican por qué este tema genera tantos tropiezos. Aquí algunas causas.

Los porcentajes no son cantidades «normales» como 5 manzanas o 12 años. Representan una proporción (una relación parte-todo) expresada en base 100. Para un niño que está acostumbrado a contar objetos concretos, pasar a pensar en «por cada 100» es un salto grande hacia lo abstracto. Requiere dominar varios conceptos como fracciones, decimales, multiplicación, división y la más importante: proporción.

Pero si el cálculo de un porcentaje es difícil, ¿Cómo entonces se interpreta la expresión, también de mi introducción: “la fuente de energía más importante de la sociedad moderna»?

Atrás de esa aparente simple introducción a mi artículo, se esconden conceptos que la escuela repetitiva desarrolla poco, como el de energía.

La energía no es una «sustancia» ni una «cosa» independiente, sino una propiedad universal de las cosas materiales. Es una propiedad universal, la única propiedad que poseen absolutamente todos los objetos materiales (desde un fotón hasta una galaxia). De hecho, «ser material» es equivalente a «poseer energía». Esta propiedad, a diferencia de otras como la velocidad o la aceleración, no depende de la relación del objeto con un observador, sino que pertenece al objeto mismo como parte de su naturaleza física. La energía es de las llamadas variables de Estado o magnitud de Estado, que describe el Estado de un sistema material en un momento dado y su capacidad para cambiar. Desde una visión filosófica, la energía es la medida del cambio o de la capacidad de cambio de un sistema. Si algo no tiene energía, simplemente no existe en la realidad física.

En las aulas de física y ciencias naturales, pocos conceptos generan tanta confusión duradera como el de energía.  Una primera confusión la de confundir calor con temperatura: dos conceptos que se pegan como chicle. Muchos estudiantes, incluso tras varios años de instrucción, tratan la temperatura como «la medida del calor». Piensan que un objeto más caliente «tiene más calor» en el sentido de una sustancia que se acumula, y que la temperatura es simplemente cuánto «calor» contiene. Esta idea resiste el cambio porque se alinea con el lenguaje cotidiano: decimos «qué calor hace» o «toma calor» como si fuera algo transferible en sí mismo. Hay que aclarar primero que Temperatura → medida promedio de la energía cinética de las partículas (grado de agitación molecular) y Calor → transferencia de energía térmica entre cuerpos por diferencia de temperatura. Sin esta distinción, fenómenos simples como el equilibrio térmico quedan mal explicados.

Otro problema de la ciencia escolar es la transferencia de calor: ¿se transfiere el «frío» o el calor «se escapa solo»? Otro error común es imaginar que el «frío» pasa de un objeto frío a uno caliente, o que ambos («caliente» y «frío») se transfieren simultáneamente. Algunos creen que los objetos se enfrían «espontáneamente» sin contacto con algo más frío. Persisten ideas equivocadas como: Sustancias como harina, azúcar o aire «no se pueden calentar» o que los metales «chupan el calor» o «lo atraen» porque se sienten más fríos al tacto.

Esto lleva a no reconocer la tendencia universal hacia la igualación de temperaturas. Incluso en secundaria y bachillerato, pocos captan la base molecular (movimiento de partículas) de la conducción, convección y radiación. Antes y después de la enseñanza tradicional, los alumnos ven la energía como algo ligado solo a humanos, al movimiento, o como un «combustible» que se agota al hacer cosas, pero rara vez la consideran medible o cuantificable. En primaria superior, la asocian sobre todo con seres vivos: crecimiento, ejercicio, comida. La idea científica —energía como capacidad para realizar trabajo, conservada en transformaciones— choca con estas visiones intuitivas.

Los de secundaria tienden a creer que en una transformación interviene solo una forma de energía Identifican formas (cinética, potencial, térmica…), pero sus explicaciones se limitan a efectos visibles. Les cuesta aceptar que el movimiento se transforme en calor sin un aumento obvio de temperatura. Formas como luz, sonido o química suelen ignorarse como «causantes» de cambios.

Por aparte, la famosa conservación de la energía les parece contraintuitiva y mal aplicada. La ley que dice que «la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma» parece absurda para muchos, porque en la vida diaria «la energía se gasta». Exponer disipación de calor junto con conservación ayuda, pero los alumnos interpretan que la energía «se almacena» y puede «regresar

Estas concepciones no son «falta de estudio», sino formas naturales de interpretar el mundo antes de la ciencia formal. En contextos como el nuestro, donde recursos son limitados y el lenguaje cotidiano refuerza ideas intuitivas («hace calor», «se enfrió solo»), la enseñanza tradicional agrava el problema.

El problema de fondo es que el petróleo lo usamos como fuente fundamental de energía a través de quemarlo. La energía almacenada en forma de carbón desprende calor que utilizamos para mover motores, objetos y otros. Pero nuestra dependencia es casi total desde la Revolución Industrial, porque de a poco usamos mas y mas petróleo, fundamentalmente como combustible. Aunque la energía se sigue conservando, la calidad de la energía no. Ya no podemos recuperar el calor y ordenarlo para volverlo a usar, sino que media vez quemamos el petróleo, este se ira terminando. Nos urgen pensar en otras formas de energía que no dependan de quemar petróleo.

Una de ellas es la energía solar, o utilizar la energía eléctrica que se genera por las caídas de agua en los que transforman energía potencial en energía de movimiento (cinética) y luego en energía eléctrica. Tanto la energía solar como la energía eléctrica se pueden intercambiar. Ya hay diseños de carros eléctricos que son mucho más eficientes que los automóviles y el transporte que depende de gasolina, diésel o de otro derivado del petróleo. Esa es la verdadera crisis, nuestra dependencia obsesiva al petróleo.

Para salir de la crisis energética en la que vivimos, tenemos que construir pensamiento critico en las escuelas, no solamente en Guatemala, este es un problema mundial. Los ciudadanos deben tener conocimientos básicos sobre energía y su conservación, sobre transformaciones energéticas desde el punto de vista físico y biológico, pero también desde el punto de vista social. Como habitantes del mundo ya es hora de que dejemos de depender tanto de quemar petróleo para vivir, para producir y que busquemos fuentes alternativas de energía que sea renovable, no como el petróleo.