Energía potencial

El potencial energético que caracteriza ciertas fuerzas es descrito por su energía potencial. Esta noción de potencial puede ser asociada a un campo que represente propiedades del espacio o/y una acción a larga distancia. Una partícula, colocada en un punto del espacio, se cargará de energía potencial, propia al potencial del lugar y un movimiento resultará de esto. Así, se considera que estas fuerzas tienen su origen en una energía potencial.

• Unidad: Julios
• Símbolo: “J”
• Formula: Ep = mgh

¿Qué es la energía potencial?

Se entiende por energía potencial la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo en función de la configuración que éste posee dentro del sistema de los cuerpos que ejercen fuerzas entre ellos. En otras palabras, es aquella capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo. Siendo así, cuando un cuerpo se desplaza en relación a cierto nivel de referencia, éste está en la medida de acumular energía.

Características

• Requiere de un campo de fuerzas en su interior.
• Esta forma de energía tiene el potencial de cambiar el estado de otros objetos a su alrededor, por ejemplo su configuración o su movimiento.
• Un objeto colocado a una altura determinada, posee una mayor energía potencial que un objeto colocado en el suelo.
• Varias formas de energía pueden ser definidas dentro de la noción de energía potencial. Cada una de estas formas es asociada con un tipo de fuerza que actúa en conjunción con propiedades físicas de la materia, por ejemplo, su masa, su carga, su elasticidad, entre otras.

Historia

El término “energía” proviene del vocablo griego enérgeia utilizado por Aristoteles, quien describió la potencialidad (dunamis) como la capacidad almacenada que un objeto tiene de hacer algo o ser algo.

Aunque el término energía tal como lo conocemos hoy, emergió en un principio en el siglo XIX, las ideas en torno al concepto empezaron a formarse a finales del siglo XVII.

En 1686, Gottfried Wilhelm von Leibniz, aunque no utilizó propiamente la palabra energía, ya había desarrollado conceptos que corresponden a lo que entendemos hoy por energía cinética y potencial.

En 1842, Julius Robert Mayer, un médico alemán, establece una correlación entre el calor y el trabajo mecánico, dos formas de energía. Así, Mayer es el primero en proponer una Ley de conservación de la energía. El año siguiente, James Prescott Joule, un cervecero inglés, mide el aumento de la temperatura producida por la agitación mecánica del agua y deduce una equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor. Posteriormente, en 1847, Herman Ludwig von Helmholtz produce un articulo determinante titulado “Sobre la conservación de la energía”. Cabe señalar que las bases experimentales que este progreso significativo en la clarificación del concepto de energía son llevadas a cabo por amateurs. Mayer es médico y Joule es cervecero, no son físicos.

Años más tarde, en el siglo XIX, el concepto de energía potencial es introducido por el ingeniero escocés William Rankine, aunque como se mencionó anteriormente, ya el filósofo griego Aristóteles había tratado en su época la noción de potencialidad.

Formula y unidades

El desplazamiento que un objeto en caída sea capaz de realizar, se determinará en función de la altura en la cual este esté ubicado. Siendo así, la formula general es Ep=mgh, donde Ep se refiera a Energía potencial, m se refiere a masa, g es igual a gravedad y h es igual a la altura.

Por otra parte, la energía potencial es calculada en julios (J), la masa m en kilogramos (kg), la aceleración de la gravedad (g), en metros por segundo (m/s²) y finalmente, la altura (h) es medida en metros (m).

Energía potencial elástica

Se produce cuando la energía interna acumulada en un sólido deformable aumenta por el trabajo que ejercen las fuerzas ocasionando la deformación.

Energía potencial gravitacional

Es aquella que poseen los cuerpos en altura. Esta energía dependerá entonces de dos factores claramente delimitados: la gravedad (la atracción que la Tierra ejerce sobre sus cuerpos, y la masa de estos. Así, cuando queremos establecer la energía potencial gravitacional de un cuerpo en particular, debemos realizar esta tarea con la ayuda de la formula m x g x h, donde m es la masa, g es la constante de la fuerza de gravedad y h es la altura.

Energía potencial química

Es aquella que se transforma en energía cinética a partir de un proceso de combustión interna. Los vehículos que funcionan con gasolina recuperan la energía potencial química de esta.

Energía potencial nuclear

La energía nuclear es una reacción en la cual dos núcleos atómicos se unen para formar un núcleo más pesado.

La mayor reserva de energía potencial del universo es la energía nuclear. En la tierra, son los grandes átomos que se desintegran que se descomponen en átomos de menor tamaño. En ese momento, liberan una gran cantidad de energía.

Energía potencial electrostática

La energía electrostática o eléctrica representa la energía transferida de un sistema a otro (o almacenada) gracias a la electricidad, es decir por un movimiento de cargas eléctricas. Siendo así más que una energía en sí misma, es un vector de energía.

Ejemplos

• Una pelota adquiere, cuando es levantada, una energía potencial gravitacional, que no solo es aparente cuando la dejamos caer.
• Durante un proceso de combustión, el petróleo, el gas o el carbón convierten su energía química en calor, y con frecuencia en luz.
• En las centrales nucleares, tienen lugar reacciones de fisión de los núcleos de uranio y una parte del calor generado es transformado en electricidad.
• Los sistemas que proveen transferencias de eléctricas como las pilas o los alternadores constituyen un ejemplo de energía electrostática.