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Energía Potencial: Definición, Tipos, Fórmula, Ejemplos e Imágenes

¿ Qué es la Energía Potencial ?

La energía potencial es la energía que tiene un objeto debido a su posiciónSe denomina así porque tiene la posibilidad (el potencial) de convertirse en otras formas de energía, como la energía cinética. Suele denotarse con la silaba Ep.

La definición de energía potencial también puede referir otras formas de energía almacenada, como la energía de la carga eléctrica neta, los enlaces químicos o las tensiones internas.

Un objeto puede almacenar energía como resultado de su posición. Esta energía almacenada de posición se conoce como potencial. Por ejemplo, la bola pesada de una máquina de demolición está almacenando energía cuando se mantiene en una posición elevada.

Tipos de Energía Potencial

Entre ellos se incluyen:

Gravitatoria o Gravitacional

Es la energía almacenada en un objeto como resultado de su posición vertical o altura. Ésta se almacena como resultado de la atracción gravitacional de la Tierra por el objeto.

Por ejemplo, la energía potencial gravitatoria de la bola de una máquina de demolición depende de dos variables: laQue es energia potencial, tipos masa de la bola y la altura a la que se eleva. Existe una relación directa entre esta energía gravitatoria y la masa de un objeto. Los objetos con mayor masa tienen mayor energía  gravitatoria. También existe una relación directa entre  ésta y la altura en la que se encuentre un objeto. Cuanto más alto esté, mayor será esta energía. Estas relaciones se expresan mediante la siguiente ecuación:

Ep = m  • g • h

En la ecuación anterior, m representa la masa del objeto, h representa su altura y g representa la intensidad del campo gravitatorio (9.8 N / kg en la Tierra), también denominada la aceleración de la gravedad.

Energía Potencial Elástica

Es la energía almacenada en los materiales elásticos como resultado de su estiramiento o compresión. Puede almacenarse en bandas elásticas, cuerdas elásticas, trampolines, resortes, una flecha dibujada en un arco, etc.

La cantidad de energía elástica almacenada en dicho objeto está relacionada con la cantidad de estiramiento del dispositivo: cuanto más se estira, más energía se almacena.

Los resortes son una instancia especial de un dispositivo que puede almacenar ese tipo de energía debido a la compresión o al estiramiento. Se requiere una fuerza para comprimir un resorte, cuanta más compresión haya, más fuerza se requiere para seguir comprimiendo.

Para ciertos resortes, la cantidad de fuerza es directamente proporcional a la cantidad de estiramiento o compresión. Se dice que el resorte está en su posición de equilibrio cuando toma su estado natural al dejar de aplicar alguna fuerza. En términos de energía potencial, la posición de equilibrio podría denominarse posición de energía de potencial cero.

Energía Potencial Eléctrica

Es la originada por la distancia entre dos objetos y su carga eléctrica. Sólo se atraen objetos con diferentes cargas, las cargas iguales se repelen. Mientras más cerca estén y su carga sea opuesta mayor será ésta.

Energía Potencial Nuclear

Ésta es la energía potencial de las partículas como los protones y neutrones que están presentes dentro del núcleo de un átomo. Esta energía mantiene unidos los protones y los neutrones para formar el núcleo. Las partículas nucleares como los protones y los neutrones están unidas por una fuerza nuclear.

Una gran cantidad de energía nuclear se libera en forma de calor y luz cuando dos o más núcleos atómicos se combinan para formar un núcleo grande, este proceso se conoce como fusión nuclear. Así es como el sol genera su energía, por fusión nuclear de hidrógeno en helio.

 Cuando un núcleo se divide en dos núcleos más pequeños se denomina fisión nuclear.

Las partículas nucleares como los protones y los neutrones no se destruyen en la fusión nuclear o en el proceso de fisión, pero su colección tiene menos masa que si estuvieran libres individualmente. Esta diferencia de masa se libera como calor y radiación en las reacciones nucleares.

Química

La energía química es un tipo de energía potencial almacenada en los enlaces de átomos y moléculas. La energía química se libera a menudo en forma de calor cuando se rompen los enlaces entre los átomos y se almacena cuando los enlaces entre los átomos se forman. 

Ejemplos de energía química incluyen baterías, madera, carbón, gasolina, fotosíntesis, etc. El proceso puede generarse a través de dos tipos de reacciones, exotérmica y endotérmica.

Reacción Exotérmica

El proceso por el cual la energía química se libera y se convierte en energía térmica se llama reacción exotérmica. Llamas de vela y galletas de fuego son ejemplos de reacciones exotérmicas. La llama de la vela y las galletas de fuego liberan o convierten la energía química en forma de calor y luz.

La quema de madera es también un ejemplo de reacción exotérmica. La energía química almacenada en la madera se libera en forma de energía térmica cuando quemamos madera.

Reacción Endotérmica

El proceso por el cual la energía térmica se convierte energía química se llama reacción endotérmica. La fotosíntesis es un ejemplo de reacción endotérmica. La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas convierten la energía solar en energía química. Las plantas utilizan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno.

La evaporación del agua es también un ejemplo de reacción endotérmica. La evaporación del agua tiene lugar debido a la absorción de energía térmica.

Ejemplos de Energía Potencial

  • Una bola que descansa sobre una mesa tiene energía potencial. Este tipo es la gravitatoria.
  • Un arco dibujado y un resorte comprimido también tienen energía potencial. Esta es la energía elástica, que resulta de estirar o comprimir un objeto.
  • Para materiales elásticos, aumentar la cantidad de estiramiento aumenta la cantidad de energía almacenada. Los resortes tienen energía cuando se estiran o se comprimen.
  • Los enlaces químicos también pueden tener energía potencial, ya que los electrones pueden acercarse o alejarse de los átomos. En un sistema eléctrico, se expresa como voltaje.

Cómo Calcular la Energía Potencial: Fórmula

Es la energía almacenada en un objeto cuando el trabajo se realiza contra una fuerza. Dependiendo de la configuración de un sistema y las fuerzas operativas en él, hay varias formas de Ep. El movimiento ocurre cuando esta energía almacenada se convierte en energía cinética.

La fórmula para calcular la Ep de un objeto en un campo de fuerza depende de su posición y otros factores inherentes como la masa y la carga. Por ejemplo, cuando un objeto se levanta, se trabaja contra la fuerza gravitacional (que lo empuja hacia abajo).

Este trabajo realizado en el objeto se almacena como energía potencial. Cuando un objeto de este tipo se libera desde la altura a la que se ha levantado y cae libremente, esta energía gravitatoria se convierte en energía cinética.

Entonces, se puede decir que los objetos en altitudes más elevadas en la Tierra tienen una Ep más alta. Si se levanta una masa m por h metros, su Ep será m * g * h, donde g es la aceleración debida a la gravedad.

Ep = m • g • h

En donde:

  • “m” representa la masa
  • “g” representa la aceleración de gravedad
  • “h” representa la altura

Problema de Ejemplo:

¿Cuál es la energía potencial de una roca de 2 kg en la cima de un acantilado de 10 metros de altura?

Ep = masa • g • altura

Ep= 2 kg • 9.8 m / s2 • 10 m

Ep = 196 J

Energía Potencial y Trabajo

La energía potencial es igual a la cantidad de trabajo realizado para colocar un objeto en su posición. Por ejemplo, si tuviera que levantar un libro del suelo y colocarlo en una mesa. La energía potencial del libro sobre la mesa será igual a la cantidad de trabajo que se tomó para mover el libro del piso a la mesa.

¿En qué se Mide?

La medición de este tipo de energía en un objeto se calcula en función de la masa del objeto y su altura o distancia. La unidad estándar para medirla es el joule, que se abrevia como “J”.

Diferencias entre Energía Cinética y Potencial

La energía cinética se refiere a una energía presente en el objeto, debido a su propiedad de estar en movimiento. Puede ser transferido entre objetos. Medido desde el mismo lugar, o relativo al entorno del objeto.

La energía contenida en un objeto en virtud de su posición, se llama energía potencial. No puede ser transferida entre objetos. Medida desde el interior, no es relativa al entorno del objeto.

Imágenes de Energía Potencial

Imagen de energia potencial
Una bola que descansa sobre una mesa tiene Energía Potencial

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