Potencial

Vista previa del material en texto

Potencial
La energía potencial es la energía almacenada por un objeto debido a su posición respecto a un punto de referencia o su configuración. Es decir, un objeto tiene energía potencial al estar dentro de un campo de fuerzas o al aplicarle un sistema de fuerzas externo o interno.
Esta energía es también la capacidad de un cuerpo de generar energía o transformarla en otras. Por ejemplo, un esquiador que se prepara en la línea de salida tiene una energía potencial que luego, al salir e iniciar el circuito, se convierte en energía cinética.
La suma de la energía potencial y energía cinética es la energía mecánica. Cuando un objeto está en reposo en un punto determinado o mantiene una configuración, tiene energía potencial. El objeto, al cambiar de posición o configuración, transforma su energía potencial en energía cinética, o sea, energía en movimiento.
La energía potencial se mide en Joules o Julios (J), y se suele representar con el símbolo "U" o "Ep".
Tipos de energía potencial y fórmulas utilizadas
Existen cinco tipos de energía potencial: gravitacional, elástica, eléctrica, química y nuclear. Veamos uno por uno cuáles son estos tipos de energía potencial y qué fórmulas se utilizan para calcularlos.
Energía potencial gravitacional
La energía potencial gravitacional o gravitatoria es un tipo de energía potencial asociado a la fuerza de gravedad. Se puede definir como la capacidad de un cuerpo situado en una posición elevada para generar energía. El cuerpo, al caer, transforma la energía potencial en cinética por acción de la fuerza de gravedad.
Un ejemplo es cuando tenemos una pelota de baloncesto en mano. Si no movemos la pelota, esta posee una energía potencial determinada por el hecho de estar a mayor altura que el suelo. Al soltar la pelota, esta genera energía cinética hasta chocar contra el suelo. Esta energía cinética está ligada con la energía potencial que tenía almacenada cuando permanecía en nuestras manos.
Por lo tanto, la energía potencial gravitacional se calcula según la masa, aceleración debido a la gravedad y a la altura respecto al punto de referencia.
Teniendo en cuenta lo anterior, la energía potencial gravitacional se puede calcular con la siguiente fórmula:
En el que:
· Ug: es la energía potencial gravitatoria, medida en Joules o Julios, J.
· m: es la masa del cuerpo, medida en kilogramos, kg.
· g: es la aceleración del cuerpo debido a la gravedad, medida en metros por segundo al cuadrado, m/s2.
· h: es la altura a la que se sitúa el cuerpo, medida en metros, m.
Energía potencial elástica
La energía potencial elástica es la energía almacenada en un cuerpo elástico que se encuentra sometido a una deformación provocada por una fuerza externa. En este sentido, el objeto contiene energía potencial por un cambio en su configuración.
Tomemos el muelle como ejemplo. Primero, lo estiramos hasta que su resistencia sea mayor a nuestra fuerza. Si mantenemos esa posición estirada, el muelle posee una energía potencial. Esta energía, al soltar el muelle, se transforma en energía cinética, utilizada para regresar a su configuración de reposo.
La energía potencial elástica se calcula según la siguiente fórmula:
En el que:
· Ux: es la energía potencial elástica, expresada en Joules o Julios, J.
· k: es la constante de proporcionalidad que depende de la forma y composición del objeto, expresada en Newtons por metro cuadrado, N/m2.
· x: es la cantidad de deformación producida por una fuerza externa, expresada en metros, m. El símbolo x es intercambiable con ΔL.
El término x, al elevarse al cuadrado, indica que la energía potencial elástica viene determinada principalmente por la cantidad de deformación. Por ejemplo, si duplicamos la cantidad de deformación, la energía potencial se cuadruplica.
Energía potencial electrostática
La energía potencial electrostática en un campo eléctrico es la energía necesaria para desplazar cargas eléctricas en él. Por ejemplo, cuando dos cargas están cerca entre sí, se repelerán o atraerán según el tipo de carga que sean. Antes de que se produzca la repulsión o atracción, ambas cargas contienen energía potencial que se transformará en energía cinética y en otras como la eléctrica o térmica.
La fórmula para calcular la energía potencial electrostática entre dos cargas es:
En el que:
· Ue: es la energía potencial electrostática, medida en Joules o Julios, J.
· ke: es la constante eléctrica de proporcionalidad o de Coulomb. El valor aproximado de esta constante es de 8,987 x 109 (N x m2) / C2.
· q1 y q2: es el valor de las cargas eléctricas, expresadas en coulombs, C.
· r: es la distancia que hay entre las dos cargas eléctricas, expresada en metros, m.
Cabe mencionar que, cuando las cargas son distintas, la energía potencial electrostática será negativa (atracción). En cambio, si ambas cargas son iguales, la energía potencial electrostática será positiva (repulsión).
Si uno busca calcular la energía potencial de una sola carga respecto a un punto en un campo eléctrico, la fórmula se puede simplificar de la siguiente manera:
Energía potencial química
La energía potencial química es la energía almacenada en los enlaces entre las partículas de un compuesto o sustancia. Una forma de ilustrar este tipo de energía es con las reacciones químicas. Por ejemplo, algunas sustancias, en presencia de oxígeno, rompen los enlaces de sus moléculas para combinarse con el gas. Este proceso transforma la energía potencial de la sustancia en energía térmica.
Otro ejemplo es con la alimentación. Los alimentos contienen sustancias cuyos enlaces poseen energía potencial almacenada. Estos alimentos, al ser ingeridos y digeridos, ven su energía potencial transformada en energía útil para realizar las funciones vitales del ser vivo.
Energía potencial nuclear
La energía potencial nuclear es la energía almacenada en el núcleo atómico, fruto de la fuerza nuclear fuerte y débil. Los enlaces fuertes y débiles entre las partículas del núcleo contienen una energía potencial que se puede transformar en calor y radiación mediante procesos de fisión y fusión.
Un ejemplo es la producción de electricidad a partir de la energía nuclear. Mediante un proceso de fisión, los átomos se dividen en otros más pequeños. Este proceso aprovecha la energía potencial de los enlaces atómicos para generar energía eléctrica, y así abastecer de electricidad a todo un pueblo o ciudad.