Energía potencial
La energía potencial es la energía almacenada o reprimida de un objeto. A menudo se contrapone a la energía cinética.
En física, la energía potencial es la energía que tiene un objeto debido a su posición en un campo de fuerzas o que tiene un sistema debido a la forma en que están dispuestas sus partes. Los tipos más comunes son la energía potencial gravitatoria de un objeto que depende de su posición vertical y de su masa, la energía potencial elástica de un muelle extendido y la energía potencial eléctrica de una carga en un campo eléctrico. La unidad del SI para la energía es el julio (símbolo J).
La energía potencial se asocia a menudo con fuerzas restauradoras como un muelle o la fuerza de la gravedad. La acción de estirar el muelle o levantar la masa la realiza una fuerza externa que trabaja contra el campo de fuerza del potencial. Este trabajo se almacena en el campo de fuerza, que se dice que está almacenado como energía potencial. Si se elimina la fuerza externa, el campo de fuerza actúa sobre el cuerpo para realizar el trabajo, ya que lo devuelve a la posición inicial, reduciendo el estiramiento del muelle o haciendo que el cuerpo caiga. Cuando esto ocurre, la energía potencial se transforma en energía cinética. La energía total permanece igual debido a la ley de conservación de la energía.
Los físicos dicen que la energía potencial es la diferencia entre la energía de un objeto en una posición determinada y su energía en una posición de referencia.
Ejemplos sencillos
Llevar una roca cuesta arriba aumenta su energía potencial bajo la gravedad. Estirar una goma elástica aumenta su energía potencial elástica, que es una forma de energía potencial eléctrica. Una mezcla de un combustible y un oxidante tiene una energía potencial química, que es otra forma de energía potencial eléctrica. Las baterías también tienen energía potencial química.
Tipos de energía potencial
Existen varios tipos de energía potencial, cada uno de ellos asociado a un tipo de fuerza concreto.
Energía potencial gravitatoria
La energía potencial gravitatoria la experimenta un objeto cuando la altura y la masa son un factor del sistema. La energía potencial gravitatoria hace que los objetos se muevan unos hacia otros. Si se levanta un objeto a cierta distancia de la superficie de la Tierra, la fuerza experimentada es causada por el peso y la altura. El trabajo se define como la fuerza sobre una distancia, y el trabajo es otra palabra para la energía. La energía potencial que se añade al levantar un objeto es:
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h} 
donde
F 
es la fuerza de la gravedad
Δ h {\displaystyle \Delta h}
es el cambio de altura
o
U = m g h {\displaystyle U=mgh} 
Aquí, g = 9,81 m / s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s} ^{2}}
es la aceleración debida a la gravedad.
El trabajo total realizado por la energía potencial gravitatoria cuando un objeto cae de la posición 1 a la posición 2 es:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}} 
o
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}} 
donde
m {\displaystyle m}
es la masa del objeto
h 1 {\displaystyle h_{1}}
es la primera posición
h 2 {\displaystyle h_{2}}
es la segunda posición
Energía potencial eléctrica
La energía potencial eléctrica la experimentan las cargas, tanto las diferentes como las similares, ya que se repelen o se atraen. Las cargas pueden ser positivas (+) o negativas (-), donde las cargas opuestas se atraen y las similares se repelen. Si dos cargas se colocan a cierta distancia una de otra, la energía potencial almacenada entre las cargas se puede calcular mediante:
U = k Q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}} 
donde
k {\displaystyle k}
es 1/4πє (para el aire o el vacío es 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}} 
)
Q {\displaystyle Q}
es la primera carga
q {\displaystyle q}
es la segunda carga
r {\displaystyle r}
es la distancia entre
Energía potencial elástica
La energía potencial elástica se experimenta cuando se tira o se empuja un material gomoso. La cantidad de energía potencial que tiene el material depende de la distancia a la que se tira o empuja. Cuanto mayor sea la distancia empujada, mayor será la energía potencial elástica que tenga el material. Si se tira de un material o se lo empuja, la energía potencial se puede calcular mediante:
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={{1}{2}}kx^{2}} 
donde
k {\displaystyle k} es la constante de la fuerza del muelle (cómo se estira o comprime el material)
x {\displaystyle x}
es la distancia que el material se ha movido desde su posición original
Páginas relacionadas
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la energía potencial?
R: La energía potencial es la energía almacenada o reprimida de un objeto. A menudo se contrapone a la energía cinética y es la energía que tiene un objeto debido a su posición en un campo de fuerzas o que tiene un sistema debido a la forma en que están dispuestas sus partes.
P: ¿Cuáles son algunos tipos comunes de energía potencial?
R: Los tipos comunes de energía potencial incluyen la energía potencial gravitatoria, la energía potencial elástica y la energía potencial eléctrica.
P: ¿Cuál es la unidad SI para medir la energía?
R: La unidad SI para medir la energía es el julio (símbolo J).
P: ¿Cómo se almacena el trabajo en forma de energía potencial?
R: El trabajo se almacena como potencial cuando lo realiza una fuerza externa que actúa contra el campo de fuerza del potencial. Este trabajo se almacena entonces en el campo de fuerza como energía potencial.
P: ¿Cómo se transforma la potencial en cinética?
R: Cuando se elimina una fuerza externa que trabajaba contra el campo de fuerza de una posición dada, esto hace que el cuerpo se mueva de nuevo a su posición inicial, reduciendo cualquier estiramiento en un muelle o haciendo que un cuerpo caiga. En este punto, cualquier potencial existente se transforma en cinético y la cantidad total de conjunto permanece constante debido a la ley de conservación de la energía.
P: ¿Cómo definen los físicos la energía potencial?
R: Los físicos dicen que la Energía Potencial puede definirse como la diferencia entre las energías de un objeto en una posición dada y la posición de referencia.
