Gracias a la conceptualización de energía potencial podemos contar con una mayor comprensión sobre la posición de un objeto inmerso en un campo de fuerzas. ¿Un ejemplo? La Tierra atrae todos los cuerpos que están a su alrededor, y debido a ello caen al piso, ya que el epicentro se ubica en el centro de la Tierra; lo mismo sucede con satélites naturales (la luna con la Tierra).
Qué es la Energía Potencial
La energía potencial se define como aquella que tiene la capacidad de generar un trabajo como resultado de la posición de un cuerpo; en otras palabras, es aquella “energía almacenada” en un sistema, y de acuerdo a su configuración o posición, podrá medirse su fuerza.
Se considera además un tipo de energía mecánica o en potencia que puede ser transformada en otros tipos de energía para su provecho; de hecho tiene gran relación con la energía cinética porque forman el concepto original de energía.
Esta clase de energía es comúnmente estudiada por su aplicación en sistemas de partículas tanto por la mecánica clásica como la relativista y la física cuántica.
De acuerdo a qué la origina, se clasifica en tres clases de interacciones:
Energía Potencial Gravitatoria
Conocida también como Interacción Gravitacional, no es otra cosa que la fuerza que tienen los cuerpos que se encuentran a una altura donde intervienen dos elementos importantes: La Gravedad (la atracción que la Tierra ejerza sobre ellos) y la Masa o los kilogramos o unidades de masa que tiene el objeto. Un ejemplo claro de este tipo de energía, es la altura que alcanza un vagón de montaña rusa al llegar a la cima más alta del juego, y una vez que cae se transforma en energía cinética.
Energía Potencial Elástica
Como su nombre lo indica, tiene que ver con la elasticidad de un cuerpo o materia. Esta luego vuelve a su forma inicial después de haberse aplicado una fuerza o trabajo que sea superior a lo que sus fibras pueden resistir hasta llegar a un nivel máximo. La descompresión y compresión de un resorte de un arma o la tensión que se aplica en un arco de flecha es una muestra de este tipo de energía.
Energía Potencial Eléctrica
Llamada también Energía Electrostática o Interacción Electromagnética, es un tipo de energía que se almacena en partículas que contienen una gran carga eléctrica. Es decir, es aquella que preserva esta carga en un determinado sistema de almacenamiento como un circuito, por ejemplo, para luego transformarse y ser aprovechada en energía lumínica, cinética o térmica.
Energía Potencial Fórmula y Unidades
La fórmula general para calcular la energía potencial es sumamente sencilla y se expresa de la siguiente manera:
Ep = mgh
- Ep, hace referencia a la energía potencial (calculada en unidades definidas como Julios “J”).
- m, se trata de la masa del cuerpo u objeto (unidad de medida en Kg).
- g, aceleración debido a la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado, 9,8 m/s2).
- h, se refiere a la altura sobre la superficie de la Tierra (calculada en metros m).
Esta fórmula se aplica en el desplazamiento que tiene un objeto que va en caída y se determinará de acuerdo a la altura en que se encuentre ubicado.
Energía Potencial Ejemplos
Siendo la energía potencial un tipo de energía mecánica, es importante aclarar que no se obtiene cuando los cuerpos se desplazan, sino todo lo contrario, cuando están inmóviles o en estado de reposo en una determinada posición en el espacio.
- Una liga o una cuerda de bungee, que al ser estiradas comienzan a almacenar energía gracias a la flexibilidad de sus fibras.
- Un trampolín, al rebotar sobre él, almacena energía elástica.
- Una naranja o manzana (entre algunas) colgando de la rama de un árbol, que debido a las fuerzas gravitacionales de atracción que la tierra ejerce, el fruto se desprende y cae.
- Imanes, enfrentados uno cerca del otro por su polos positivos generan energía potencial electrostática.
- El columpio y la bola de demolición, ambos son claros ejemplos de energía gravitacional por estar suspendidos de un soporte y almacenar energía cuando se encuentran en reposo o sin actividad.
- Arco y flecha, cuando el arco es tensado se presenta la acumulación de energía elástica antes de disparar la flecha.
- Relojes de pared y péndulos, gracias a la gravedad son capaces de almacenar energía potencial.
- Pelota rodando desde una pendiente, la cual es capaz de almacenar energía potencial en dos etapas, tanto cuando está en la cima como cuando se detiene.
- Pilas y alternadores representan la energía electrostática al proveer transferencias eléctricas a través de estos dispositivos.
- Los resortes, que al ser estirados atraen energía potencial y al contraerse la liberan.
- Una gran roca.
Característica de la Energía Potencial
- Aplicada en muchos campos de la física por su cercanía en los principios de conservación de energía.
- Junto a la energía cinética, da lugar a la energía mecánica, indispensable para casi todas las actividades que realizamos.
- Puede cambiar el estado de objetos que se encuentren a su alrededor como su orden o su movimiento.
- Se presenta sólo cuando existe un campo de fuerzas dentro de sí.
- Se considera conservativa por contar con un campo de fuerza, siendo un ejemplo la órbita de los planetas.
- Aparece en todos los cuerpos que tengan masa y es siempre atractiva.
- Su fuerza aumenta cuando mayor sea la masa de los objetos que interactúan y disminuye cuando la distancia los separa.
- En electricidad y magnetismo, la fuerza es repulsiva entre cargas de signos iguales, y atractiva si las cargas son de signos diferentes.
Cómo se produce la Energía Potencial
Retomando el concepto de energía potencial entendemos entonces que esta se genera o resulta de la posición en que esté un objeto. Por ejemplo, para poder realizar un trabajo dentro de un campo gravitacional, como una bola de demolición, es vital generar energía potencial gravitacional, y al estar en reposo va almacenando energía que luego será transformada.
Por otra parte, en los campos eléctricos y magnéticos ya estando preservada la energía en sistemas de almacenamiento, se generan tanto la energía potencial eléctrica como la magnética y al estirar una liga se genera gran carga de energía elástica.
Usos de la Energía Potencial
- Aprovecha los efectos de la gravedad para la obtención de energía y luego convertirla en otro tipo de energía.
- Grandes represas y embalses de agua, utilizan la energía potencial para lograr el movimiento de sus turbinas y así generar el trabajo mecánico que luego será transformado en energía eléctrica.
- Grandes juegos como la montaña rusa, aprovechan esta energía para convertirla luego en cinética.
- La energía potencial está presente en casi todos los procesos industriales de forma directa e indirecta.
