La energía potencial es la energía que un objeto posee debido a su posición en un campo de fuerzas o debido a la configuración de sus partes. Su valor es una magnitud escalar cuya unidad de medida del Sistema Internacional de Unidades es el joule (J).
Este término fue introducido por el ingeniero y físico escocés del siglo XIX William Rankine. Sin embargo, tiene relación con el concepto del filósofo griego Aristóteles sobre la potencialidad.
En este artículo definiremos en profundidad este concepto, explicaremos los diferentes tipos que existen y propondremos algunos ejemplos observables en la vida cotidiana y en la ciencia.
Definición de energía potencial
La energía potencial se refiere a la energía almacenada en un objeto debido a su posición relativa, configuración o estado.
En otras palabras, es una forma de energía que un objeto posee debido a su posición en un campo de fuerza o a su capacidad de realizar trabajo en el futuro. Existen dos tipos principales de energía potencial: la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica.
Ejemplos de energía potencial
La energía potencial está presente en numerosos aspectos de nuestra vida cotidiana y la ciencia. Aquí tienes algunos ejemplos de situaciones en las que se manifiesta este tipo de energía:
- Salto en paracaídas: Cuando un paracaidista se eleva en un avión, acumula energía potencial gravitatoria. Al saltar, esta energía se convierte en energía cinética, permitiendo un aterrizaje seguro.
- Hidroeléctricas: Las centrales hidroeléctricas almacenan agua en embalses elevados. La energía potencial gravitatoria del agua se convierte en energía eléctrica cuando el agua fluye cuesta abajo, girando turbinas.
- Resortes y gomas: Al estirar un resorte o una liga de goma, acumulas energía potencial elástica. Cuando los sueltas, esta energía se libera, haciendo que el resorte o la liga vuelva a su forma original.
- Bombas atómicas: estos tipos de armas nucleares aprovechan la energía potencial nuclear liberada en una reacción de fisión nuclear para crear un efecto altamente destructivo.
- Carga eléctrica en baterías: Las baterías almacenan energía potencial eléctrica. Cuando se conectan a un dispositivo, esta energía se convierte en energía eléctrica utilizable.
- Reacciones químicas en la cocina: Cuando cocinamos, la energía potencial química en los alimentos se libera a través de reacciones químicas, generando calor y permitiendo la cocción de alimentos.
- Cohetes espaciales: Antes del despegue, los cohetes almacenan una gran cantidad de combustible. Durante el despegue, la energía potencial química del combustible se convierte en energía cinética que impulsa el cohete al espacio que a la vez se convierte en energía potencial gravitatoria.
- Muelles de juguetes: Los juguetes que saltan, como los juguetes de cuerda o los "poppets", utilizan energía potencial elástica almacenada en un resorte para lograr movimientos divertidos.
- Balanceo de un péndulo: Un péndulo oscila debido a la conversión entre energía potencial gravitatoria y cinética. Cuando se levanta el péndulo, acumula energía potencial que luego se convierte en movimiento cuando se suelta.
Tipos de energía potencial
La energía se puede presentar de diferentes formas. Aunque la gravitacional es la más conocida existen muchos otros tipos que te presentamos a continuación:
- Energía potencial gravitacional: está directamente relacionada con la fuerza de la gravedad, por lo tanto, está involucrada en fenómenos tan comunes como el movimiento de objetos en la Tierra. Por ejemplo, es fundamental en la generación de electricidad en centrales hidroeléctricas.
- Energía potencial química: está involucrada en reacciones químicas que liberan o absorben energía. Por ejemplo, es la base energética de los combustibles fósiles, la fotosíntesis y una variedad de procesos químicos.
- Energía potencial nuclear: es crucial en aplicaciones de generación de energía eléctrica a gran escala, como en los reactores nucleares, y en la comprensión de la física nuclear y la energía en el universo. Las reacciones de fusión y fisión nuclear permiten convertir esta energía en energía térmica.
- Energía potencial elástica: es relevante en aplicaciones mecánicas, como la suspensión de vehículos y el funcionamiento de resortes y amortiguadores. Aunque su impacto es significativo, es más específico en comparación con la energía potencial gravitacional y química.
- Energía potencial eléctrica: es crucial en aplicaciones electrónicas y en la generación de electricidad. Aunque es vital en estas áreas, su relevancia puede ser menos evidente en la vida cotidiana en comparación con otros tipos.
- Energía potencial magnética: es relevante en campos como la electrónica y la generación de electricidad, pero su impacto general en la vida cotidiana puede ser menos evidente que otros tipos de energía potencial.
- Energía potencial térmica: este tipo se refiere a la energía almacenada en la temperatura de un sistema. Cuanto más caliente esté un objeto o sustancia, mayor será su energía térmica potencial. Esta energía puede convertirse en trabajo útil, como en el caso de las máquinas térmicas, como los motores de combustión interna y las turbinas de vapor que se utilizan en las centrales nucleares.
- Energía potencial de pozo cuántico: En el ámbito de la física cuántica, existe un concepto de energía potencial asociado a las partículas subatómicas confinadas en estructuras microscópicas llamadas "pozos cuánticos". Estos pozos cuánticos son utilizados en dispositivos electrónicos como los diodos emisores de luz (LEDs) y los láseres, donde la energía potencial se convierte en luz coherente.
- Energía potencial de resorte torsional: En sistemas mecánicos que involucran resortes torsionales (resortes que se torsionan en lugar de estirarse o comprimirse), se almacena este tipo de energía que se libera cuando el resorte torsional se relaja y vuelve a su posición de equilibrio.