Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

Energía potencial

Energía potencial

En física, la energía potencial es la energía que un objeto posee debido a su posición en un campo de fuerzas o que un sistema tiene debido a la configuración de sus partes.

Existen muchos tipos de energía potencial, pero los más comunes son:

  • Energía potencial gravitatoria que depende de la posición vertical y de la masa de un objeto.
  • Energía potencial elástica de un muelle extendido
  • Energía potencial eléctrica de una carga en un campo eléctrico.

La unidad de medida del Sistema Internacional de Unidades para la energía es el joule (J).

La energía potencial se asocia con las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de tal manera que esto sólo depende de la posición del cuerpo en el espacio; estas fuerzas pueden ser representadas por un vector en cualquier punto del espacio formando lo que se conoce como campo vectorial de fuerzas o campo de fuerzas.

Si el trabajo de un campo de fuerzas que actúa sobre un cuerpo que se mueve de una posición inicial a una posición final queda determinado solamente por estas dos posiciones, y por tanto, no depende de la trayectoria del cuerpo- entonces existe una función llamada energía potencial que puede ser evaluada a las dos posiciones para determinar el trabajo.

El término «energía potencial» fue introducido por el ingeniero y físico escocés del siglo XIX William Rankine, aunque tiene relación con el concepto del filósofo griego Aristóteles sobre la potencialidad.

Energía potencial gravitatoria

La energía potencial gravitatoria es la energía potencial que gana un objeto por el efecto gravitatorio de otro objeto (generalmente cuerpos muy grandes, por ejemplo, la Tierra, el Sol). Esta energía es directamente proporcional a la masa del objeto y al tamaño de la masa atraída. La magnitud de la masa atraída crea la aceleración de la gravedad. Esta aceleración para el mundo es de aproximadamente 9.8 m/s² en la superficie de la tierra.

Debido a que hay diferentes tipos de fuerzas, también hay diferentes tipos de energía potencial. La energía potencial como resultado de la fuerza de la gravedad, por ejemplo, se llama energía gravitacional o potencial energía gravitacional. Para un objeto con masa m, en la altura h, la siguiente expresión se aplica a la energía gravitacional del objeto:

Epot = m· g·h

Donde (en unidades SI ):

Epot - La energía potencial en julios (J).
m - la masa en kilogramos (kg)
h - la altura en metros (m)
g - la aceleración de caída en m / s² (aproximadamente 9.81 m / s²)

La energía potencial si el objeto está en el nivel. h = 0 se establece en cero.

Sin embargo, cuando este objeto está ubicado a una gran distancia de la superficie de la tierra, la gravedad ya no es constante y la fórmula anterior ya no se aplica.

La expresión de la energía gravitatoria potencial se convierte entonces en:

Energía potencial

La energía potencial a una distancia infinita de la Tierra está aquí a cero, porque la fórmula es la más simple (esto es porque, a diferencia de muchos otros casos, la diferencia de energía aquí tiene un límite finito). La energía potencial es, por lo tanto, siempre negativa, y como en el modelo mencionado anteriormente, aumenta a medida que el objeto se aleja de la tierra.

Transformación de energía potencial a otros tipos de energía

La energía se puede manifestar en muchas formas, incluyendo energía química, energía térmica, radiación electromagnética, energía gravitacional, energía eléctrica, energía elástica, energía nuclear, y energía del resto. Todos estos tipos de energía pueden clasificarse en dos clases principales: energía potencial y energía cinética. La energía potencial puede ser transferida entre objetos y transformada en otros tipos de energía.

Ejemplo de transformación de energía potencial

La energía potencial se puede transformar en otros tipos de energía como por ejemplo la energía cinética que se puede ilustrar fácilmente mediante el siguiente ejemplo:

Al chutar un balón el jugador transmite una energía potencial de su pierna al balón, que se convierte en energía potencial elástica al deformar el balón y comprimir el aire que tiene dentro. Al recuperar la forma original, esta energía potencial elástica del balón se convierte en energía cinética en el momento en que el balón sale a toda velocidad.

Si el jugador ha chutado el balón con una trayectoria completamente vertical, a medida que el balón vaya perdiendo velocidad irá perdiendo energía cinética, que se convertirá en energía potencial gravitatoria. Esto sucederá hasta llegar al punto más alto, en este momento, el balón no tendrá energía cinética y toda su energía será potencial. Cuando el balón empieza a bajar, la energía potencial gravitatoria vuelve a convertirse en energía cinética.

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Última revisión: 1 de septiembre de 2017

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