El concepto de energía potencial se refiere a la energía que un objeto posee debido a su posición en un campo de fuerzas. También puede ser debido a la configuración de sus partes.
La energía mecánica es la suma de esta energía y la energía cinética de un cuerpo.
Por su naturaleza esta energía se puede transformar en otro tipo de energía.
Los tipos de energía potencial más comunes son la gravitatoria, la elástica de un muelle, la eléctrica, la electrostática y la química. A continuación las explicamos con más detalle.
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 como por ejemplo la Tierral).
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 la Tierra es de aproximadamente 9.8 m/s² en la superficie de la tierra.
La energía potencial gravitatoria equivale a la energía necesaria para situar un objeto a una determinada altura.
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:
E = m·g·h
Donde (en unidades SI ):
E - 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 gravitacional 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:
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.
Un ejemplo de este tipo es una montaña rusa. En el momento en el que el coche está en la parte más alta es cuando tiene más energía potencial y a penas tiene energía cinética.
La fuerza de la gravedad ejerce una fuerza que empuja el choche a bajar. Durante la bajada, la energía es transformada en energía cinética.
En los puntos más bajos, las energías cinética y potencial se han invertido.
Energía potencial elástica
La energía potencial elástica es la energía almacenada en la capacidad que tiene un cuerpo en volver a su posición natural. Esta forma de energía también se llama energía de resorte o energía elástica potencial.
La elasticidad es una propiedad de ciertos materiales por la que, una vez deformados, estirados o separados de su posición inicial, pueden recuperar su estado original, o de equilibrio.
Un resorte lineal (ideal) con constante de resorte k que se extrae (o empuja) a una distancia Δl tiene un aumento en la energía del resorte de:
Energía potencial eléctrica
La energía potencial eléctrica es energía potencial que resulta de las fuerzas conservadoras de Coulomb. Esta energía está asociada con la configuración de varias cargas puntuales en un sistema definido.
También se puede llamar energía potencial electrostática.
Un objeto puede tener energía potencial eléctrica debido a dos elementos principales: su propia carga eléctrica y su posición con respecto a otros objetos cargados eléctricamente.
Energía potencial química
Los enlaces químicos son capaces de almacenar energía potencial. La energía potencial química está relacionada con la disposición estructural de los átomos o moléculas. Esta disposición puede ser el resultado de enlaces químicos dentro de una molécula o de otra manera.
La energía química puede transformarse a otras formas de energía mediante una reacción química.
Ejemplos de energía potencial química:
Cuando se quema un combustible, la energía química se convierte en calor
Durante el proceso metabólico de la digestión. Los alimentos metabolizados en un organismo biológico se transforman en energía.
El proceso de la fotosíntesis. Mediante este proceso, las plantas verdes transforman la energía solar en energía química.
Reacciones electroquímicas. La energía eléctrica se puede convertir en energía química a través de reacciones electroquímicas. Estas reacciones s producen durante la carga de baterías.
