Todo sobre la Energía Potencial

La Energía Potencial (Fuerza Potencial) es una energía mecánica asociada a la localización de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas. Esta es una energía que resulta de la posición o configuración del objeto. Un objeto que puede tener la capacidad para realizar una acción, o mas bien un trabajo.

Como consecuencia de su posición en un campo eléctrico (energía potencial eléctrica), campo gravitacional (energía p. gravitacional), o un campo magnético (energía potencial magnética). Puede tener energía p. elástica como el resultado de un muelle estirado u otra deformación elástica.

Función de la energía potencial

Si alguna fuerza llega a actuar sobre un objeto es una función de su posición solamente, tambien se dice que es una fuerza conservativa, y que se puede llegar a representar como una función de energía potencial, que para el caso de una dimensión, satisface al 100% la condición de derivada.

Formula de la energía potencial

La formula que se utiliza para obtener el valor de la energía potencial es:

Esta formula se resuelve multiplicando  Masa * gravedad * altura y como resultado obtendremos el valor de la energía potencial.

Ahora vamos a ver algunos ejemplos para que sepas en que ocasiones vemos la energía potencial.

Ejemplos de energia potencial

• Aire comprimido en un tanque
• El agua almacenada en una presa
• Una planta con flores
• Un lápiz en la orilla de una mesa
• Una piedra arriba de un cerro
• Imagínate  una grúa sosteniendo una tonelada de lo que tu quieras en el aire.... No se mueve pero existe una cantidad de fuerza sostenida que esta siendo sostenida ahí.

Ejercicios o Problemas de energía potencial

Calcula la energía potencial de un saltador de un trampolín si tiene una masa de 80 kg y está sobre un trampolín de 14 m de altura sobre la superficie del agua.

Una grúa levanta un paquete de 300 kg desde el piso a una altura de 10 metros. Calcular el trabajo realizado por la grúa.

Un carburador de 340g se mantiene a 180mm sobre un banco de trabajo que esta a 1 m del piso. Calcula la energía potencial de: a) la parte superior del banco b) y al piso.

Un paracaidista se lanza en caída libre desde 6 000 m de altura. Si la masa, con su equipo, es de 90 kg, ¿cuánto valdrá su energía potencial en el momento de abrir el paracaídas, si lo abre cuando ha descendido 3400m ?

Un pájaro de masa 600 g esta posado en una rama de un árbol , si el pájaro tiene una energía potencial de 67,7 J calcular la altura de la rama.

Calcula la energía potencial de un automóvil de 4140 lb que se mueve a una velocidad constante de 75mi/h

Problemas de energia potencial resueltos

La energía potencial de un carro de 3200 lb que se mueve a una velocidad constante de 60mi/h

Ec=1/2 mv(cuadrada)=1/2 (w/g) v (cuadrada)
Ec=1/2(3200lb/32ft/s)(88ft/s)2
= 387000 ft*lb

Un carburador de 250g se mantiene a 200mm sobre un banquito de trabajo que esta a 1 m del piso. Calcula la energía potencial de: a) la parte superior del banco b) y al piso

Energía Solar

a) Ep= mgh = (0.25kg)(9.8m/s2)(0.2m) = 0.49 J
b) Ep= mgh = (0.25kg)(9.8m/s2)(1.2m) = 2.94 J

Tipos de energía potencial

A continuación te voy a mencionar algunos tipos de energías potencial que existen con una su definición y concepto.

Energía potencial gravitatoria

Se define energía potencial gravitatoria como la energía que tiene un cuerpo por el hecho de estar bajo la acción de la gravedad. Su valor, para el caso de alturas pequeñas sobre la superficie terrestre, viene dado por la formula:

Ep=m⋅g⋅h

Por otro lado la energía potencial gravitatoria dependerá siempre de la altura relativa de un objeto a algún punto de referencia, la masa y la fuerza de la gravedad.

¿Como se calcula la energia potencial?

Se calcula multiplicando la masa x la gravedad x la altura con la formula mostrada anteriormente de esta forma:

Ep=8m⋅13g⋅100h

Ep=10400

Energia potencial elastica

La energía potencial elástica es aquella energía que es almacenada y que resulta de aplicar una fuerza para deformar un objeto elástico. La energía queda almacenada hasta que se quita la fuerza por completo y el objeto elástico regresa a su forma original, realizando un trabajo en el proceso.

Ejemplos de energia potencial elastica:

• Un arquero que estira su  hacia tras arco.
• Un trampolín doblado justo antes de que el clavadista brinque.
• El muelle de un reloj de cuerda.
• Una pelota de goma, comprimida en el momento en el que choca con una pared de ladrillos.
• La liga de hule de una resortera.
• Los pistones de automóviles.

La formula de la energía potencial elástica

Esta es la formula:

Energia potencial gravitacional

La energía potencial gravitacional es la energía que posee un objeto, debido a su posición en un campo determinado gravitacional. El uso mas común de esta energía potencial gravitacional, es en los objetos cercanos a la superficie de la Tierra donde la aceleración gravitacional, se puede presumir que es constantemente y vale alrededor de 9.8 m/s2.

Formula de la energía potencial gravitacional

Esta es la formula mas general que mayormente se utiliza mas a la hora de buscar la energia gravitacional.

La forma general de la energía potencial gravitacional de una masa m es:

TODO sobre la Energia de Biomasa

La energia potencial electrica

La energía potencial eléctrica  o tamabien conocida como la energía potencial electrostática es un tipo de energía potencial que tiene una carga eléctrica debido a su posición en relación con otras cargas el eléctricas. Un dato importante es que el movimiento de las cargas eléctricas se debe a esta energía.

La energia potencial quimica

La energía potencial química es aquella que se transforma en energía cinética a partir de un proceso de combustión interior. Un ejemplo claro son los automóviles impulsados por gasolina que aprovechan la energía potencial química de ésta (que, al entrar en combustión, genera la energía necesaria para movilizar al vehículo y así lograr que se mueva).

Unidades de medida de la energía potencial

La energia potencial la medimos en Ep, julios se mide en (J), la masa se mide en m, los kilogramos se miden en (kg), la aceleracion de la gravedad en g, en metros/segundo-cuadrado es (m/s2) y los metros en m, la altura en h.

Relación entre fuerza conservativa y energia potencial

La relación que hay entre la fuerza conservativa y la energía potencial es que la energía potencial se asocia en algunas fuerzas conservativas haciendo que se relacionen entre si, un ejemplo de fuerza constante trataremos el peso, es decir, la fuerza gravitatoria cerca de la superficie de la Tierra.

Una fuerza conservativa es aquella cuyo trabajo depende solamente de las posiciones iniciales y finales de una partícula y no de la trayectoria que ésta ha descrito para ir desde la posición inicial hasta la final.

A esa función se le dice función escalar que se denomina energía potencial, y sólo depende de las coordenadas.

Diferencia entre energía cinética y potencial

La diferencia entre la energía cinética y la potencial es que la energía cinética es aquella que posee un cuerpo en movimiento y la potencial es la que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición de un cuerpo.

También se puede decir que la potencial a diferencia de la cinética puede realizar un trabajo de acuerdo a la configuración que ostente en el sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí.

¿Puede ser negativa la energía potencial?

Si, la energía potencial puede llegar hacer negativa dependiendo del caso, por ejemplo un objeto que este situado a una altura de unos 30 metros del nivel del suelo tiene una energía potencial positiva con respecto al mismo suelo, pero es negativa con respecto al nivel de la terraza de un edificio de 50 metros sobre el suelo (si tomamos como nula la energía potencial de dicha terraza) es una cuestión relativa.

Otro planeamiento es que la energía potencial va a depender del nivel con respecto a la cual se calcula. Por ejemplo, si tienes una cabaña de altura 2m, y a una altura de 1m sobre el techo, tienes una piedra, la energía potencial de la piedra, CON RESPECTO AL TECHO, es:

Ep = m.g.h
Ep = (peso de la piedra).1m

Si esa misma piedra está en el suelo, la distancia ahora es de dos metros, pero si tomas el cero en el techo y positivo hacia arriba, el suelo está en y=-2m

La energía potencial ahora pasa a ser:

Ep = mg.h
Ep = mg.(-2m)
Ep =-(peso).2m

En este caso, la energía potencial negativa significa que para subirla al techo tienes que hacer un trabajo equivalente a esa energía potencial.

Energía Iónica

En el caso anterior, la energía potencial positiva significaba que no tenías que hacer ningún trabajo para llevarla al techo, solamente la dejabas caer y el campo gravitatorio se encargaba de hacer el trabajo.

Tomé estos ejemplos de energía potencial gravitatoria, pero el resultado es válido cuando tienes energía potencial debido a cualquier campo de fuerzas conservativo (como el campo eléctrico, por ejemplo).

Formula aceleración de gravedad

Esta es la formula de la aceleración de gravedad que se utiliza para resolver los problemas:

¿Como se usa la energía potencial?

Esta se usa cuando algo  no se esta en movimiento o en funcionamiento, por ejemplo, una batería de carro, la energía que conserva es potencial cuando el vehículo esta estacionado y apagado, pero al encenderlo esta cambia de estado, al estado de la energía en movimiento que se le denomina Energía Cinética.

¿Relación de la energía potencial con el trabajo?

Existe una relacion muy directa entre ambos y es que la energía potencial es la que tienen cuerpos por su altura relativa. Es decir, si un cuerpo está a poca altura, tendrá muy poca energía potencial, si está a gran altura, tendrá mucha energía potencial pero el trabajo es el producto de la fuerza que se aplica al desplazar el cuerpo.

Ejemplo de la relación de la energía potencial con el trabajo:

Se coloca un carro en la parte superior de una rampa, tendrá energía potencial proporcional a la altura de la rampa, al bajar de la rampa, ese carro podrá seguir desplazándose sin más impulso que el que obtuvo de la rampa venciendo las fuerzas de fricción que se le oponen al desplazarse.

En este caso la energía potencial del carro en la rampa, se convirtió en trabajo, pues se venció la fuerza de fricción durante un desplazamiento (trabajo = Fuerza * desplazamiento) ( desplazamiento puede interpretarse como "distancia").

¿Como se incrementa la energía potencial gravitatoria?

Esta es una duda que muchos tienen y  déjame decir que si, se puede incrementar con solamente aumentar la altura de dicho cuerpo ya que la energía potencial se caracteriza por eso aunque aumentando la masa se incrementaría también.

¿Un cuerpo puede tener energía cinética y potencial al mismo tiempo?

La respuesta es si. En los casos en que el nivel de referencia para el cálculo de la altura no sea cero y además se mueva con una velocidad cualquiera.

Por ejemplo si se lanza una bola hacia arriba, su velocidad disminuye conforme avance, al igual su energía cinética disminuye y su energía potencial aumenta cuando la pelota llega al punto mas alto su velocidad es cero y su energía cinética es cero, pero conforme comienza a caer de nuevo su energía cinética empieza aumentar ( y su velocidad también x el efecto de la aceleración de la gravedad) y su energía potencial empieza a disminuir.

En algún punto de la altura recorrida pueden llegar a ser iguales su energía cinética y potencial.

Imagenes de energia potencial

Energía Eléctrica