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Energía potencial

Energía potencial

En la nota del día de hoy vamos a hacer referencia a un tipo de energía que se conoce como energía potencial. En física, cuando hablamos de energía potencial, estamos haciendo referencia a la energía mecánica que un objeto posee por su posición en un campo de fuerzas, ya sea gravitatoria, electrostática, etc. También se puede estar hablando de la existencia de un campo de fuerzas en el interior de un cuerpo.

Sin importar cuál es la fuerza que la genere, la energía potencial que posee un sistema físico representa la energía que se almacena teniendo en cuenta la posición o configuración.

Energía potencial

Por otro lado, el valor de este tipo de energía depende del punto o configuración de referencia que se seleccione para medirla. Este es el motivo por el cual muchas veces escuchamos que físicamente únicamente importa la variación de energía potencial entre dos configuraciones diferentes.

¿Cómo funciona la energía potencial?

Este tipo de energía, como ya dijimos, se encuentra asociada a las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. De esta manera no solo depende de su posición en el espacio. Las fuerzas pueden ser representadas por vectores en cualquier punto del espacio, formando un campo vectorial de fuerzas.

Si el trabajo de un campo de fuerzas que actúa sobre un cuerpo que se mueve de una posición inicial a una posición final queda determinado solamente por estas dos posiciones. No depende de la trayectoria del cuerpo y por lo tanto existe una función llamada energía potencial que puede ser evaluada a las dos posiciones para determinar el trabajo.

Tipos de energía potencial

Existen muchos tipos de energía potencial. Sin embargo, entre los más comunes o los que se encuentran más presentes son:

  1. La energía potencial gravitatoria. Esta depende de la posición vertical y de la masa del objeto en cuestión.
  2. Por otro lado podemos mencionar la potencial elástica.
  3. La energía potencial electrostática.
  4. También podemos hablar de la potencial química.
  5. Finalmente tenemos la potencial eléctrica.

Energía potencial gravitatoria

La primera de nuestras clasificaciones es aquella que adquiere un objeto por el efecto gravitatorio de otro. Más claramente, la energía gravitatoria es aquella que poseen los cuerpos por el simple hecho de tener masa y encontrarse a una distancia determinada de otro objeto.

Por lo general cuando se hace referencia a este tipo de energía se habla de cuerpos grandes, como pueden ser la Tierra o el Sol.

Esta energía es directamente proporcional a la masa del objeto y el tamaño de la masa atraída. Esto último genera la aceleración de la gravedad.

Energía potencial elástica

Energía potencial

En segundo lugar tenemos la energía potencial elástica. La elasticidad es una cualidad que tienen algunos materiales. Por medio de la misma, una vez que se deforman, se estiran o se separan de su posición inicial, pueden volver a su estado original sin problemas.

Las fuerzas que generan esta restauración son las fuerzas elásticas. Por otro lado, las vibraciones u oscilaciones de los objetos materiales, ocasionadas por las fuerzas elásticas, son la fuente de las ondas sonoras. Las fuerzas recuperadoras, cuando el objeto recupera su forma original sin deformación, son conservativas y se puede derivar una energía potencial elástica, que sumada a la energía cinética, permite obtener la energía mecánica.}

Cuanto más elástico es un material, más rápido y de forma más precisa recobra su posición original. La manera en la que podemos determinar la proporcionalidad entre la fuerza y la cantidad estirada es por medio de la ley de Hooke. El coeficiente de proporcionalidad depende del tipo de material y de la forma geométrica que se considere.

Para el caso de los materiales sólidos, la fuerza elástica se suele describir en términos de la deformación que se alcance. La misma puede provocarse por la fuerza de tensión que se genera por medio de un estiramiento. Para el caso de líquidos o gases, se determina por medio de la variación de presión que es capaz de producir un cambio en el volumen.

Energía potencial electrostática

La energía electrostática se genera entre dos objetos que se repelen o se atraen.

En aquellos objetos que se atraen entre sí, la energía potencial va a ser mayor mientras más lejos se encuentren. Por otro lado, para aquellos objetos que se repelen, la energía potencial se va a incrementar mientras más cerca estén entre ellos.

Energía potencial química

En este caso estamos hablando de una forma de energía que se vincula con la organización estructural de átomos y moléculas. La misma puede ser el resultado de enlaces químicos.

Este tipo de energía química, puede ser convertida en otras formas de energía por medio de lo que se conoce como una reacción química. Pero esto no solo ocurre en los procesos mecánicos que todos ya conocemos, sino que por ejemplo, cualquier organismo fotoautótrofo puede transformar energía solar en energía química. Esto se logra por medio del proceso de fotosíntesis que realizan.

Energía potencial eléctrica

La energía potencial eléctrica es una clase de energía potencial que se genera como resultado de la fuerza de Coulomb. La misma se encuentra relacionada a la configuración particular de un conjunto de cargas específicas en un sistema definido.

Permite calcular la capacidad que posee un sistema eléctrico para llevar a cabo una tarea en particular. La misma debe desarrollarse de manera exclusiva en función de su posición o configuración. Así, podemos halar de una especie de energía almacenada en el sistema.

Transformación de energía potencial a otros tipos de energía

Como en la mayoría de los casos, un tipo de energía puede transformarse en otro por medio de algunos cambios bastante sutiles en muchos casos.

En el caso de la energía potencial, podemos decir que la misma se puede manifestar en varias formas. De esta manera podemos estar hablando de la energía química, térmica, de radicaión electromagnética, energía gravitacional, eléctrica, etc.

Cualquiera de estos tipos de energía pueden clasificarse en dos tipos: por un lado tenemos a la energía potencial y por el otro a la energía cinética. Al mismo tiempo, la energía potencial puede ser transferida entre objetos y transformada en otros tipos de energía.

Ejemplos de energía potencial

Existen muchas cosas cotidianas que involucran este tipo de energía, pero por lo general, no somos consciente de ello.

Energía potencial

En lo que sigue vamos a mostrarles algunos de los ejemplos más claros en los cuales tenemos la presencia de energía potencial.

Bola de demolición

En este caso podemos ver energía potencial gravitacional. La misma se genera por la suspensión de la bola en la grúa.

Columpio

Este ejemplo es similar al anterior. La energía gravitacional se genera debido a que estamos en presencia de un objeto que se encuentra sus pendido de un soporte.

Pero además, cuando el columpio se mueve hacia adelante y hacia atrás, podemos apreciar que se mantiene detenido por algunos microsegundos. Esto hace que la energía sea almacenada. Lo mismo ocurre cuando el objeto no se encuentra en movimiento sino que está en reposo.

Pelota rodando por una pendiente

En este caso tenemos una pelota que rueda sobre algo inclinado. Acá tenemos que diferenciar dos momentos en los cuales se puede almacenar energía potencial. El primero de ellos es cuando se encuentra en la cima de la pendiente, mientras que el segundo es cuando termina de bajar y finalmente se detiene.

Resortes

Los resortes son uno de los ejemplos más claros de la energía elástica. Los mismos pueden ser estirados y absorben energía potencial. Luego se contraen y la misma es liberada. Retoman su forma original de inmediato y de manera muy precisa.

Un balde sobre una puerta

Si ponemos un balde lleno de agua sobre una puerta, sabemos que existe la posibilidad de que se caiga en cualquier momento. En este caso estamos hablando nuevamente de energía potencial gravitacional.

Una roca al borde de un acantilado

En este caso tenemos varias fuentes de energía. Primero y al igual que en el caso del balde, tenemos energía gravitacional que es la que le permite mantenerse ahí. Si por el contrario la roca se cae, la energía se transforma en energía cinética.

Las baterías de los juguetes

Las baterías que vemos en cualquier juguete tienen energía potencial química. La misma se convierte en energía cinética cuando ponemos en funcionamiento el elemento.

Dos imanes enfrentados por sus polos positivos

Cuando ponemos dos imanes uno frente a otro por sus polos positivos tenemos energía potencial electrostática. Esta energía es más fuerte cuanto más cerca coloquemos los imanes.

Energía potencial

 

Como pueden ver son infinitos los ejemplos de energía potencial que podemos encontrar en nuestra vida cotidiana. Lo que sucede es que muchas veces no somos conscientes de los procesos que se llevan a cabo detrás de lo que estamos viendo o lo que estamos haciendo.

De todas maneras es importante conocer estos conceptos para saber cómo funcionan realmente las cosas. Incluso podemos aprovechar este tipo de energía o cualquier otra para generar procesos productivos o bien incrementar la eficiencia de muchas de las cosas que hacemos.

Esperamos que les haya servido la información y que puedan consultarla cuando lo necesiten. Hasta la próxima.