Energía potencial

Se entiende por energía potencial, la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo de acuerdo a la configuración que tiene en el sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre ellos.

En otras palabras, la energía potencial es la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del objeto.

El concepto admite que cuando un cuerpo se moviliza en relación a cierto nivel de referencia, es capaz de acumular energía. Por ejemplo, si un cuerpo se eleva a una altura dada, adquiere la energía potencial gravitatoria. Al dejar caer este cuerpo, la energía potencial se convierte en energía cinética.

La energía potencial es en última instancia un escalar que está asociado con un campo de fuerza. La diferencia entre los valores de campo de un punto A en relación a un punto B es igual al trabajo realizado por la fuerza necesaria para hacer un recorrido entre A y B.

De igual manera, cuando un cuerpo se somete a una fuerza, por ejemplo, una bola que cae de una altura H por encima del suelo, ésta se puede mover a una cierta distancia bajo la acción de esta fuerza que hace el trabajo.

Por lo tanto, podemos considerar que al principio de la puesta en marcha del cuerpo bajo la acción de la fuerza, que poseía una reserva de energía, está relacionado con esta fuerza, misma que será utilizada por el trabajo de aquella cuando mueve el cuerpo. Esta consideración es el origen del concepto de energía potencial.

Qué es energía

La energía es la capacidad para hacer un trabajo, y la misma aparece en formas y se expresa en unidades múltiples.

Es regida por el principio fundamental de conservación de la energía que aparece en muchos modos, incluyendo el principio trabajo-energía

Qué es la energía potencial

La energía potencial por su parte, es la energía resultante de la configuración pudiendo mediante la fuerza realizar el trabajo de acuerdo a la gravedad y la presión ocasionada por esta crear un arco gravitacional, eléctrico o magnético.

Asimismo, por causa de una deformación elástica, la energía puede tener también potencial elástico. Esta energía potencial satisface la condición de derivada en el caso de una dimensión.

Es decir, cuando se pueden observar cambios en el entorno, estos se suceden por efecto de alguna forma de energía. La energía potencial permite comprender la posición de cualquier objeto dentro un campo de fuerza.

También podría describirse como el potencial energético que identifica ciertas fuerzas y puede ser relacionada a un campo que simbolice propiedades del espacio y/o una acción a larga distancia.

Visto de otro modo se puede concluir que la energía potencial es la capacidad de un cuerpo para ejecutar un trabajo en función de la ordenación que éste posee dentro del sistema de los cuerpos que despliegan fuerzas entre ellos.

Tipos de energía potencial

Ya que la energía potencial hace referencia a la energía de cierto modo almacenada en un cuerpo que puede llegar a movilizarse, esta se transforma en energía cinética si el cuerpo se pone en movimiento.

Visto de esta forma, se pueden conocer los distintos tipos de energía en la que se puede transformar la energía potencial.

Eléctrica

Un cuerpo cargado que sufre la acción de una fuerza eléctrica adquiere energía potencial eléctrica. La fuerza equivaldrá al esfuerzo ejercido por la acción de tipo A. La energía potencial eléctrica también es el trabajo ejercido con el objetivo de crear una fuerza que ejerzan, buscando como objetivo aumentar la energía contenida en el punto A.

Electrostática

Esta energía, por efecto de la fuerza atractiva se desplazaría hasta el punto Q al liberarla. Esta se crea por una divergencia de potencial causada por un campo eléctrico, representado por un trabajo preciso de cambio de cargas positivas que pasan de un punto a otro, aumentando los valores electrostáticos, calculados en el campo eléctrico.

Toda esta energía cuenta por cierto factores de atractiva la cual se desplaza, creando un campo de divergencia que ocasiona, un efecto potencial causando así que los valores dentro del campo crezcan de tal modo que aumenten los valores de la fuerza.

Gravitacional

Esta es la energía que poseen los cuerpos en altura y depende de dos factores delimitantes como la gravedad y la masa de los mismos. Esta energía potencial representa el potencial que un objeto tiene para hacer un trabajo en contra de la fuerza de gravedad. Es decir, el trabajo resultado de estar situado en una aposición particular con respecto al campo gravitacional.

Visto de otro modo, esta energía está relacionada con la gravedad debido a que mientras más alejado del punto medio de la tierra mayor será la potencia que este obtenga, por lo tanto, toda la potencia adquirida por la fuerza de gravedad, será en relación al punto de despegue o distancia que este posee del punto establecido.

Elástica

Esta se origina cuando la energía interna almacenada en un cuerpo sólido pero deformable aumenta por el trabajo que ejercen las fuerzas produciendo su deformación, debido a la fuerza que ejerce el cuerpo.

En este caso, la energía potencial elástica es la capacidad que posee un objeto o cuerpo elástico como un resorte, un arco o cualquier otro, para realizar un trabajo, dependiendo de la posición en la que se encuentre con respecto a su posición de equilibrio.

Matemáticamente, esta energía potencial es proporcional al cuadrado de la deformación producida. La variación de esta energía, de un sistema cualquiera, es el valor negativo del trabajo ejecutado por una potencia conservativa o recuperadora.

Unidades de energía potencial

Dado que la energía potencial es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo con respecto al campo, cada elemento circundante posee su representación simbólica.

Para el caso en que necesitemos conocer el desplazamiento que un objeto en caída sea capaz de realizar, se utilizaría la formula general Ep=mgh donde Ep es Energía Potencial, m significa masa, g es igual a gravedad y h se refiere a la altura.

Por otra parte, la energía potencial se proyecta en julios (J) cuando es calculada, así también la masa en kilogramos (kg), la aceleración de la gravedad (g) se mide en metros por segundo (m/s²) y la altura (h) se mide en metros (m).

Fórmula de la energía potencial

U= – ∫^rF. dr

En el caso de Energía potencial gravitacional se trabaja el símbolo Ug el cual representa el potencial de un objeto para trabajar con respecto a la fuerza de gravedad. Siendo estas las fórmulas para saber cómo calcular la energía potencial creada por los diferentes desplazamientos que se realizan de un punto a otro.

Y la formula se podría visualizar de la siguiente manera

U_g = F_g .h

= m. g. h

Con respecto a la energía potencial elástica la formulación derivando el valor obtenido por la fuerza ejercida por un cuerpo, en función a una gravedad creando un campo eléctrico, que aumenta la energía potencial de dicho cuerpo. Como reacción a una gravedad, la energía potencia se ejerce con fuerza debido al campo que se crea entre los desplazamientos.

Se representa

Y su expresión es matemática es

Donde k es propia de cada cuerpo u objeto y depende de la longitud del objeto, su composición, temperatura, o geometría.

Para la energía potencial eléctrica, el trabajo realizado por la fuerza eléctrica para trasladar una carga desde un punto A otro punto B se podría formular de la siguiente manera:

 

EpA=Wf(∞→A) =−We(∞→A)

 

Es una fórmula de representación de la potencia electroestática, representando la fuerza externa ejercida desde un punto infinito, sin distancia o fuerza definida a un punto infinito en dirección a un punto A

En el caso de la energía potencial electroestática, se mide en julios y resulta de la fuerza de Coulomb y se encuentra asociada a la configuración particular de un conjunto de cargas puntuales en un sistema especifico.

Para formular la energía potencial sobre una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico E producido por otra carga puntual Q, esta energía se define como el negativo del trabajo hecho por la fuerza electrostática para trasladar la carga de r_ref a r

Matemáticamente esto se ve así:

 

Dónde:

 

r = posición en un espacio tridimensional, usando coordenadas cartesianas r = (x, y, z), r = |r| es el módulo del vector de posición,

es el trabajo hecho para llevar la carga desde la posición de referencia hasta r,

F = Fuerza producida sobre q por Q,

E = Campo eléctrico producido por Q.

Ejemplos De Energía Potencial

Algunos ejemplos de la energía potencial sencillos podrían ser

• Una pelota que adquiere una energía potencial gravitacional cuando es levantada.
• EL petróleo, el gas y/o el carbón que durante el proceso de combustión se convierte su energía química en calor y frecuentemente en luz.
• Una bola de demolición posee energía potencial gravitacional
• Las reacciones de fisión nuclear entre los núcleos de uranio, donde una parte de ese calor generado es transformado en electricidad.
• Un columpio suspendido posee energía potencial gravitacional, y cuando se mueve se transforma en energía cinética.
• Los sistemas que proveen transferencias eléctricas como alternadores o baterías es el ejemplo perfecto para la energía potencial electrostática.
• La energía potencial almacenada en un apelota que venía rodando por una pendiente y se detiene.
• Un trampolín cuando es utilizado genera energía potencial elástica cuando es deformado por el salto sobre él.
• Una fruta a punto de desprenderse del árbol por causa de la fuerza de gravedad almacena energía potencial gravitacional.
• Un imán que se encuentra ubicado a distancia de un objeto metálico genera energía potencial electrostática ante la posibilidad de ser atraído.

Ejemplos más complejos sobre trasformaciones de energía potencial en por ejemplo energía potencial gravitacional

• Un objeto se levanta verticalmente a una altura h contra la fuerza de gravedad mediante una polea y cuerda, por lo que la elevación del cuerpo y la fuerza debida son paralelas entre sí.
• Un elevador que levanta a un apersona de 75 kg a una altura de 50m requiere de energía potencial eléctrica y gravitacional.

Una vez que hemos conocido los ejemplos más cotidianos de lo que es la acumulación de energía potencial resulta mucho más sencillo entender cada uno de los conceptos de los distintos tipos de energías potenciales.

Para posteriormente percatarnos que la física es un elemento circundante en nuestra vida diaria y que estamos sujetos a sus leyes y sus efectos de forma maravillosa.

Conclusión

A modo de conclusión, podemos determinar que la energía potencial no es más que aquel tipo de  energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo.

Lo que se traduce como una capacidad potencial para generar energía en las condiciones señaladas previamente.

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