Energía potencial. Definición, formulas y ejemplos

En el presente post vamos a hablar sobre la energía potencial. Es una energía que está presente en muchas manifestaciones. Puede ser aprovechada de diversas maneras, no obstante hay que saber desencadenarla. Para calcularla se necesitan fórmulas matemáticas y físicas muy precisas. En los párrafos a continuación, vamos a centrarnos en describir este tipo de energía para saber todo el valor que este tipo de manifestación energética ostenta.

Qué es la energía potencial

Puede considerarse como energía almacenada dentro de un sistema físico. Se denomina de esta manera porque tiene el potencial de convertirse en otras formas de energía, sobre todo en energía cinética. La unidad de medida estándar (SI) para energía potencial es el joule, el mismo que para trabajo o energía en general.

Hay varios tipos de esta energía, cada uno asociado con un tipo particular de fuerza. Incluyen la energía elástica, gravitatoria, eléctrica, nuclear, intermolecular y la química.

Para poder definirla es necesario tener una noción básica acerca de lo que es el concepto de energía como tal. La energía se puede definir desde diferentes campos científicos sea en química, mecánica o en electricidad, en general cuando se habla de energía se hace referencia a la capacidad que posee un objeto. En el caso de la energía que acá estudiamos, esta se encuentra almacenada y en potencia para lograr que un objeto se mueva. Puede ser transferida y se aprecia no solo como movimiento sino también como calor o luz, dependiendo de su masa y velocidad.

Describe cuánto trabajo podría hacer el objeto si se pone en movimiento. Es una energía controlable, por lo general. Cuando un objeto se pone en movimiento, esta energía se transforma en energía cinética.

Cómo calcular la energía potencial

Tal y como dijimos al inicio de este texto, hay fórmulas matemáticas para estimarla. Por ello indicamos a continuación que la fórmula está dada por la siguiente expresión numérica:

PE = mgh

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Donde PE = energía potencial

m = masa del objeto

g = aceleración debida a la gravedad = constante

h = altura sobre la superficie de la tierra

Esta se puede cuantificar como la masa multiplicada por la gravedad y por la altura. La unidad de masa debe ser una masa de kilogramo o libra dependiendo del sistema de unidades.ùaCómo calcular la energía potencial

Energía potencial gravitatoria

La energía que se almacena en el campo gravitatorio se denomina también gravitatoria. En realidad, el trabajo realizado por la gravedad es otra forma de definir esta energía. El peso es masa por gravedad. La gravedad siempre apunta hacia abajo, por lo tanto, la fuerza apunta hacia abajo también. Para que la gravedad haga un trabajo, un objeto debe subir o caer. En este caso, no se está trabajando si un objeto se mueve de lado a lado. Este concepto se entiende mejor mediante la comprensión de vectores.

Hay que tener en cuenta que la velocidad no define una dirección. La velocidad es un vector, lo que significa que tiene una magnitud y dirección. Por ejemplo, una velocidad puede ser de 60 millas por hora en la dirección. Los vectores se definen mejor en problemas de proyectiles, también conocidos como ecuaciones cinemáticas.

La cantidad de energía gravitatoria que tiene un objeto depende de la masa del objeto y la altura del objeto sobre el suelo. Los objetos que están a gran altura sobre el suelo tienen más energía potencial. De manera similar, los objetos que están a poca altura sobre el suelo tienen menos energía.

Energía potencial elástica

Es la energía almacenada en un objeto que se estira o comprime. Esta se puede almacenar en los objetos elásticos como resortes, bandas de goma, etc. Cualquier resorte que se estire o comprima tiene energía elástica almacenada.

Por ejemplo se almacena en un resorte que se ha estirado o comprimido a una distancia X de su posición de equilibrio. La posición x = 0 siempre debe ser la posición donde el resorte está más relajado.

Los manantiales tienen sus propias «constantes de manantial» naturales que definen su rigidez. La letra k se usa para la constante de resorte y tiene las unidades N / m. Como todo trabajo y energía, la unidad de energía potencial es Joule (J), donde 1 J = 1 N ∙ m = 1 kg m 2 / s 2 .

Energía potencial = 1/2 (constante de resorte) (distancia desde el equilibrio) 2

U = 1 / 2kx 2

U = energía potencial de un resorte en una posición determinada

k = la constante de resorte, específica del resorte, con unidades N / m.

x = distancia el resorte se estira o se comprime lejos del equilibrio

Energía cinética y potencial

Es una energía que se almacena en un objeto debido a su ubicación. También se puede llamar como energía que no se usa pero está disponible para su uso. Los objetos que están en reposo tienen esta energía. Por ejemplo, el agua en un lago, el petróleo en un barril, el carbón, la madera y el libro en una mesa la han almacenado. Es una cantidad escalar; Sólo tiene magnitud pero no tiene ninguna dirección.

Si la energía cinética no existe, todo lo que nos rodea estará inmóvil. Los objetos no podrían moverse. La energía cinética es la energía que tiene un objeto debido a su movimiento. También se define como la cantidad de energía ganada por un objeto desde el estado de reposo al movimiento. El objeto mantiene esta energía cinética a menos que cambie su velocidad. Si la velocidad de este objeto cambia del estado de movimiento al reposo, el objeto pierde la misma cantidad de energía cinética.

energía cinética y potencial

Energía potencial eléctrica

Es la energía almacenada que tienen las partículas cargadas debido a su propia carga eléctrica y su posición relativa respecto a otras partículas cargadas. También se conoce como energía electrostática.

Un objeto puede tener esta energía en virtud de su carga eléctrica y varias fuerzas relacionadas con su presencia. Hay tres tipos principales de este tipo de energía: electrostática, electrodinámica (también magnética) y nuclear.

El potencial eléctrico hace referencia a la cantidad de energía que se encuentra almacenada en un campo eléctrico, manejar este término correctamente ayuda a entender el comportamiento que tiene. En cualquier punto de un campo eléctrico, el potencial eléctrico es la cantidad de energía eléctrica potencial dividida por la cantidad de carga en ese punto. Quita la cantidad de carga de la ecuación y nos deja una idea de cuánta energía potencial pueden proporcionar las áreas del campo eléctrico. El potencial eléctrico viene en unidades de julios por coulomb ( J / C ), que definimos como voltios (V).

En el campo eléctrico existen dos puntos importantes, el primero es cuando alcanza el punto más alto de potencia ya que la carga positiva durante esta fase tiene mayor cantidad de energía. El segundo punto es cuando alcanza su más bajo nivel potencial ya que durante esta fase tiene menor cantidad de energía. Es importante entender estas dos fases para poder manejar correctamente el voltaje. Éste término hace referencia a la cantidad de fuerza y la diferencia de potencial que puede haber en un campo eléctrico

Energía potencial electrostática

En caso de que se suponga que la carga eléctrica de un objeto está en reposo, tiene energía debido a su posición con respecto a otros objetos cargados. Esta es la energía de una partícula cargada eléctricamente (en reposo) en un campo eléctrico. Se define como el trabajo que debe realizarse para alejarlo de una distancia infinita hasta su ubicación actual, en ausencia de cualquier fuerza no eléctrica sobre el objeto. Esta energía no es cero si hay otro objeto cargado eléctricamente cerca.

En caso de que un objeto cargado o sus partículas cargadas constituyentes no estén en reposo, genera un campo magnético que da lugar a otra forma de energía potencial, a menudo denominada energía magnética. Esta es el resultado del fenómeno magnetismo, por el cual un objeto que es magnético tiene el potencial de mover otros objetos similares. Se dice que los objetos magnéticos tienen algún momento magnético. Los campos magnéticos y sus efectos se estudian mejor en electrodinámica.

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