Energía Potencial: Concepto, Fórmulas, Uso y Ejemplos

 

¿Qué es la energía potencial?

La energía potencial de un sistema físico es aquella que dicho sistema posee almacenada y realiza un trabajo cuando se mueve de una posición a otra.

La energía potencial es la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo.

Está disponible cuando un cuerpo se encuentra inmóvil, todo lo contrario de la energía cinética, que solamente se manifiesta con cuerpos en movimiento.

Por ejemplo:
Un sistema podría ser un ferrocarril o tren en movimiento. Dentro de ese sistema, el pasajero Pedro Pérez permanece inmóvil, peor sí se le ve desde afuera, Pedro Pérez parece estar moviéndose.

Por lo tanto, esta energía  dependerá del tipo de interacción y la localización  de los cuerpos.  Genera un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo.

Puede entonces entenderse también como  la energía almacenada en un sistema,  o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar, que tiene disponible.

Por ejemplo:
Podemos explicarla de la siguiente manera: cuando un cuerpo permanece levantado a cierta altura se manifiesta la energía potencial, pero si lo dejamos caer se transforma en energía cinética.

No podemos tampoco olvidar que el potencial de la energía solar es enorme,  inagotable e indudablemente necesario para la vida en el planeta. 

 El Sol emite 6 mil veces más energía de la que se consume en el planeta.  Justamente allí radica el gran reto de la energía potencial más importante del mundo entero para el hombre: cómo aprovecharla con mejores rendimientos para bienestar de la raza humana.

¿Qué ventajas tiene?

Ventajas:
  • La energía potencial nos permite entender la posición de cualquier cuerpo en un campo.
  • No se extingue, es una energía renovable fundamental. Está presente en todos los cuerpos del planeta y es indispensable en los procesos de transformación de la energía.
  • Tiene una tremenda capacidad de transformarse en otras energías fundamentales para la generación final de electricidad.
  • Facilita el desarrollo de nuevas tecnologías, está implicada en el bienestar de los seres humanos porque su versatilidad para transformar energía es inagotable.

¿Qué desventajas tiene?

Es una energía que se complementa con la energía cinética, es decir la energía que tiene un cuerpo en movimiento que produce a su vez otra energía: la mecánica. Sola no genera transformaciones.

¿Cómo se produce la energía potencial?

Hay diversos tipos o distintas formas en las cuales  se manifiesta la energía potencial. 

Energía potencial gravitatoria

energía potencial gravitatoriaEs la energía potencial de un cuerpo suspendido a determinada altura. Es decir, la energía que tendrá  si deja de estar suspendido y la gravedad  comienza a interactuar con dicho cuerpo.

Energía potencial electrostática

Se consigue en objetos que se repelen o se atraen. Esta  será mayor cuanto más cerca se encuentren los objetos si se repelen.  Y si se atraen mientras más cerca esté, también será mayor esta energía.

Energía potencial elástica

Es la energía que tiene  almacenada un cuerpo al ser deformado. 

La energía potencial es diferente en cada material, dependiendo de su elasticidad, que significa la capacidad que tiene de volver a su posición inicial luego de padecer una deformación.

Energía potencial química

La energía potencial química, depende de la organización estructural de átomos y moléculas.

Por ejemplo:
Los vehículos que funcionan con gasolina (energía no renovable) aprovechan la energía potencial química de ésta.

Al entrar en combustión, genera la energía necesaria para mover el automóvil.

Energía potencial nuclear

Se relaciona con las intensas fuerzas que unen y repelen protones y neutrones entre sí. Influye en la generación de energía nuclear.

¿En qué unidades se mide?

  1. La energía potencial, Ep, se mide en Julios (J)
  2. La masa (m), se mide en kilogramos (kg) y la aceleración de la gravedad, g, se mide en metros/segundo-cuadrado (m/s2).

La fórmula de la energía potencial es la siguiente:

  • La altura, h, se mide en metros (m)
  • La fórmula de la energía potencial es: Ep=mgh

Siempre hay que tener en cuenta lo siguiente: la aceleración de la gravedad terrestre es de 9,81 m/s2, en el caso de que se esté por encima del ecuador de la Tierra y de 9,83 m/s2 en el caso de que se esté por debajo de él.

¿Cómo se transforma la energía potencial? Ejemplos

También es posible que esta energía se presente de otras formas. Veamos más ejemplos:

  1. Una batería eléctrica tiene energía potencial en forma química.
  2. Otro ejemplo claro se evidencia cuando se produce un disparo por arma de fuego, porque la energía potencial de la pólvora de un fusil se transforma en energía cinética que mueve la bala y también en calor y luz. Esto significa que la energía potencial suele transformarse en otras energías.
  3. Cada vez que inflamos un globo, estamos obligando a un gas a mantenerse dentro de un espacio delimitado. La presión que ejerce el aire que le insuflamos, produce un estiramiento en las paredes del globo. Cuando terminamos de llenarlo, el sistema permanece inmóvil, pero el aire comprimido dentro del globo ostenta una cantidad de energía potencial. Si estalla o se revienta, esa energía se transforma en sonora y cinética.
  4. En una montaña rusa la energía potencial se manifiesta a medida que el móvil o carro comienza a subir la cuesta o cima, que funcionan como puntos de equilibrio mecánico inestables. Para llegar a la cúspide, el móvil tiene que utilizar la energía de su motor, pero una vez arriba, el resto del trayecto se ejecuta con apoyo en la energía potencial gravitatoria.
  5. Cuando en un sofá nos sentamos encima de los cojines o almohadones, éstos se comprimen o deforman por el peso que ejerce nuestro cuerpo. Allí se manifiesta entonces la energía potencial elástica. Por ejemplo, encima de uno de los cojines hay una pluma, ésta saldrá despedida y volará por los aires si nos movemos y retiramos el peso de nuestra humanidad, porque la energía elástica ha sido liberada.

¿Cómo se almacena la energía potencial?

  1. En sí misma, es energía almacenada que manifestará dependiendo de la posición que un cuerpo ocupe dentro de un sistema.
  2. Se almacena cuando un cuerpo se mueve en dirección opuesta a las fuerzas que se ejecutan contra él.
  3. Por eso, cuando estiramos una liga o un resorte, las moléculas de la misma se separan y actúan contra las fuerzas que las mantienen unidas. Esto hace que la liga se cargue de energía potencial.
  4. La energía potencial es conservativa, característica que la define, porque los cuerpos cuentan con un campo de fuerzas interna o externamente, que anula es desplazamiento en una trayectoria cerrada.
  5. Un ejemplo claro lo tenemos en la órbita de los planetas.

Esta energía es muy cercana a  los principios de conservación de la energía,  teniendo aplicaciones practicas en la energía nuclear y la física molecular.

¿Qué necesitamos para producir energía potencial?

Es imprescindible generar una reacción en el cuerpo o materia para que se manifieste la energía potencial, que siempre está allí, en reposo, almacenada y lista para actuar, transformándose en otras energías imprescindibles que utiliza el hombre para su beneficio.

¿Es un tipo de energía eficiente?

Es muy eficiente y está presente en prácticamente todas las actividades y tareas desarrolladas por los seres humanos del planeta

Contribuye decididamente, junto con la energía cinética, a la transformación en otras energías vitales para  la producción de electricidad (energía eléctrica),  una de las más grandes obsesiones del hombre.

Aunque, obviamente depende del tipo de energía potencial del que estemos hablando. Hay energías que son mucho más eficientes que otras.

¿Es una energía renovable o no renovable?

La energía potencial es uno de los principales tipos de energía, cuya presencia es total e indestructible en todos los cuerpos físicos de la tierra.

Aunque no es el único tipo de energía renovable existente,  es total su capacidad de transformarse en otras energías  para facilitar procesos de transformaciones energéticas que facilitan la vida de los seres humanos.

Podría decirse  que es una energía básica,  primaria, absolutamente necesaria para generar electricidad.

¿Quién y cuándo se  descubrió la energía potencial?

Un largo camino supuso el descubrimiento de la energía potencial. En la historia de la humanidad,  el hombre siempre ha mostrado interés en descifrar y hacer uso de las distintas manifestaciones energéticas de la naturaleza. 

Aristóteles, ¿el primero?

aristoteles energía potencialEn el caso de la energía potencial, sus orígenes se remontan a la antigua Grecia. Aristóteles, uno de los más famosos pensadores del mundo en todos los tiempos, se atrevió a teorizar sobre el tema de la energía, señalando que todos los cuerpos se elevaban o caían, de acuerdo a su naturaleza.

Galileo, mejorando las ideas de Aristóteles

En el siglo XVI, otro gran genio de la humanidad, el italiano Galileo Galilei, matemático, astrónomo, filosofo y físico, desmintió las ideas de Aristóteles con hechos, dándole un giro a lo que se creía era la energía potencial.

Galileo Galilei lo dijo todo en la siguiente frase:

Los objetos no caen sólo porque son pesados, sino porque almacenan energía potencial, posiblemente porque alguien los había levantado.

Isaac Newton, pionero

energía potencia newtonOtro gran aporte a la energía fue del físico y matemático inglés, Isaac Newton, pionero en introducir la noción de las  energías potencial y cinética.

Planteó informalmente que la energía era una magnitud que no se creaba ni se destruía, se transformaba, sentando las bases del ulterior proceso que llevó al establecimiento del principio de Conservación de la Energía, por parte de y esbozó las llamadas Leyes de Newton, conocidas como  Ley de Inercia; de acción-reacción y Principio Fundamental de la Dinámica, todas asociadas a la energía. 

Pero fue  William John Macquom Ranking , un físico e ingeniero escocés, quien acuñó por vez primera el concepto de energía potencial, tal y como la conocemos hoy día.

Por su parte, el holandés Willem´s Gravesande, hizo también numerosos experimentos para estudiar el impacto que producían bolas de distintos pesos al caer sobre un piso de arcilla blanda. Con esto descubrió que las bolas más pesadas y que eran tirada desde alturas mayores, eran las que liberaban más energía potencial.

Igualmente, construyó máquinas que le permitieron medir las propiedades de los objetos en movimiento.

Christian Huygens, por su parte, otro científico holandés, ideó el primer reloj de péndulo colocando una unión mecánica entre los engranajes internos y el péndulo.

La oscilación regular de péndulo mejoró la precisión de este mecanismo. Al descender, el peso de plomo libera la energía que se necesita para poder mover las manecillas y lograr vencer la fricción del mecanismo. Luego se libera una fracción de energía potencial del peso en cada tictac.

Pero cuando el peso del reloj de péndulo llega al final del recorrido, éste se detiene. Por eso cuando una persona vuelve a subir el peso, la energía se almacena de nuevo en forma de energía potencial y el trabajo se reanuda.