Energía potencial gravitatoria: ¿Qué es? [Concepto y Ejemplos]

¿Qué es la energía potencial gravitatoria? (Ejemplos)

La energía potencial gravitatoria es el tipo de energía que se almacena en el campo gravitatorio.

¿Qué quiere decir esto?

Significa que la gravedad ejecuta un trabajo que define esta energía.

Tras largas comprobaciones, los físicos concluyeron que el peso= masa por gravedad. Y la gravedad siempre hala o apunta hacia abajo, por lo cual la fuerza hará exactamente lo mismo.

energía potencial gravitatoriaDe forma muy sencilla y básica, la gravedad no se manifiesta si un objeto no sube o cae.

En este tipo de energía,  la fuerza es la gravedad,  porque la cantidad de energía gravitatoria depende de la masa del objeto y de la altura que éste tenga sobre el suelo. Mientras más alto o elevado esté un objeto o una masa, mayor  será su energía potencial. 

Ocurrirá lo contrario, cuando ese objeto se halle a baja altura. Su energía será menor o igual a 0 si toca el suelo.

La enciclopedia del Estudiante, de editorial Santillana, define esta energía de la siguiente manera:

“Se llama energía potencial gravitacional a la energía asociada a un objeto sometido a la fuerza, peso, y que se encuentra a determinada altura con respecto a un nivel de referencia”.

Siempre que se habla de energía, se habla también de la capacidad que tiene un determinado objeto y si se invoca la energía disponible, es decir, la energía que en  potencia está allí para ser utilizada y hacer que esa masa se mueva,  estamos hablando de la energía potencial, que además tiene la maravillosa propiedad de transformarse o transferirse en forma de luz, calor o como movimiento, dependiendo de los siguientes factores:  el peso y la velocidad. 

Por ejemplo:
Gravedad cero o energía potencial gravitatoriaUn ejemplo ilustrativo puede verse mejor si colocamos una piedra sobre el borde de una mesa redonda, ubicada a cierta altura del piso.

Si dejamos caer la piedra y ésta pega sobre otro determinado cuerpo, como una pelota, puede empujarla y hacer que ruede.

Esta acción genera una transformación evidente expresada en el movimiento de la pelota cuando comienza a rodar, ejecutado gracias a la fuerza peso que se manifiesta cuando la piedra cae.

Cabe recordar que la masa es la cantidad de materia que tiene  un cuerpo y el peso es la fuerza con que la Tierra lo atrae. 

El campo gravitatorio

Tras muchas conjeturas, hipótesis y estudios, los expertos científicos llegaron a la conclusión de que esto ocurre porque la piedra ocupa una determinada posición en el campo de fuerzas que genera el planeta, denominado  campo gravitatorio. 

Por ejemplo:
Dicho de una forma más sencilla, esa piedra posee una energía capaz de producir algún tipo de trabajo o transformación, dada su posición, gracias a que se encuentra a cierta altura sobre el suelo.

Otro concepto muy claro indicado en Wikipedia, señala que esta energía depende fundamentalmente de la altura y se ejemplifica con el salto de un nadador sobre un trampolín de tres metros, donde hay implícita mucha más energía que si se ejecuta el mismo salto en un trampolín de un metro de altura.

¿Por qué?

El peso determina  la cantidad de energía gravitatoria de un cuerpo  y mientras más pesado estemos, más gravedad actuará sobre la materia, empujándola hacia abajo.

¿Cómo se produce la energía potencial gravitatoria?

La energía potencial gravitatoria de la materia,  siempre dependerá de la masa del objeto y la altura  sobre el suelo que ese objeto tenga.

Esta energía se produce o manifiesta justo cuando se inicia el movimiento del objeto suspendido a cierta altura. Pero para que se manifieste, tienen que estar presentes ciertas características:

  1. Debe existir la gravedad terrestre, porque sin ella todas las posiciones de un cuerpo serían equivalentes y nos ocurriría lo mismo que pasa en el espacio sideral, donde todos los cuerpos quedan flotando en el aire.
  2. En un punto determinado, el valor de la energía potencial es relativo, porque dependerá del llamado nivel de referencia elegido para la altura.
  3. Esta energía puede ser positiva o negativa, dependiendo de dónde se sitúe el nivel 0 de altura.
  4. Se incrementa con la altura. Esto quiere decir que mientras mayor sea la altura, mayor fuerza tendrá esta energía.
  5. Aunque la fuerza gravitacional varía con la altura, en las cercanías de la superficie terrestre la diferencia es pequeña y por eso la aceleración de la gravedad se considera una constante, que en la Tierra es considerada de 9,8 m/s2 y en la Luna, el valor es de 1.66 m/s2, porque la gravedad es muy inferior.
  6. La diferencia de energía potencial ∆Ep entre dos puntos, constituye un valor absoluto, que coincide con el trabajo necesario para llevar el cuerpo desde el primer al segundo punto, siendo independiente del nivel de referencia escogido.

¿Cómo se transforma?

Los cuerpos, todos sin excepción, poseen una energía potencial capaz de producir algún tipo de trabajo o transformación, dada su posición, gracias a que se encuentra a cierta altura sobre el suelo.

La potencial gravitatoria no es la excepción y se transformará a energía cinética y mecánica, que es “la suma de la energía cinética y la energía potencial gravitatoria de cuerpos con masa en un campo de gravedad”, según señala José Tiberius en su obra Ley de la Gravedad global. 

Cuando un cuerpo es levantado a una altura determinada,  adquiere la energía gravitacional,  peor una vez que cae se transformará de inmediato en energía cinética.

Por ejemplo:
energía potencial gravitatoria transformaciónUn buen ejemplo de la transformación continua de esta energía, se aprecia analizando lo que ocurre con un patinador que se desliza sobre una pendiente oscilatoria en forma de U, o medio tubo.

Cada vez que sube a la pendiente o desciende, la potencial gravitatoria transfiere su energía y aparece la cinética.

Una y otra vez se combinan, dependiendo de si el patinador se mueve o se detiene para tomar nuevo impulso.

En un columpio, la potencial gravitacional está almacenada o quieta. Pero cuando una persona se mueve para balancearse, esta energía se liberará produciendo energía cinética o de movimiento.

La cantidad liberada de energía potencial gravitacional y de cinética producida, variaran en funciona de cuál será la altura que se alcance en esta acción. A mayor altura, como ya hemos, dicho más energía será liberada.

Este tipo de energía depende exclusivamente de la altura.

¿Cómo se almacena la energía potencial gravitatoria?

Para comprender qué significa el almacenaje de la energía potencial en todos sus tipos, veamos mejor con  un ejemplo qué ocurre en la denominada gravitacional. 

Por ejemplo:
Columpio energía potencial gravitatoriaEn un columpio, la potencial gravitacional está almacenada o quieta.

Pero cuando una persona se mueve para balancearse sobre el columpio, esta energía se liberará produciendo energía cinética o de movimiento.

La cantidad liberada de energía potencial gravitacional y de cinética producida, variarán en función de cuál será la altura que se alcance en esta acción. A mayor altura, como ya hemos dicho, más energía será liberada.

¿Qué necesitamos para producirla?

 Sin gravedad no hay energía potencial gravitacional,  porque el núcleo de la Tierra ejerce una fuerza de atracción gravitacional sobre todos los cuerpos.

No obstante, al caer, el peso del cuerpo realiza un trabajo sobre ese objeto, lo cual se asocia a una determinada energía a un cuerpo que se encuentra ubicado a determinada altura con respecto al suelo.

¿Es un tipo de energía eficiente y cómo podemos aprovecharla?

Gravedad central hidroeléctricaEs eficiente, siempre está almacenada y dispuesta a transferir su energía o a transformarse en otra final que es la mecánica =  energía potencial gravitatoria + energía potencial. 

Una muestra de su eficiencia se aprecia en la energía que se produce por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura. Esa es la energía potencial gravitacional, que se transforma en energía cinética, justo cuando el agua se deja caer desde grandes alturas, con la intención de producir energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas.

 Para saber más: Energía potencial eléctrica 

¿Es una energía renovable o no renovable?

De acuerdo al principio básico de la Ley de la Conservación de la energía, la energía, del tipo que sea, jamás se extingue, sino que se transforma o cambia de un cuerpo a otro, o de un sistema a otro.

Desde ese punto de vista, pudiera afirmarse que efectivamente es una energía de tipo renovable, porque no podemos olvidar que el término energía alude a una propiedad de los cuerpos que produce transformaciones en ellos mismos o en otros cuerpos.

Un poco de historia sobre la energía potencial gravitatoria?

energía potencia newtonHace más de 300 años, el científico italiano del siglo XVI, Galileo Galilei, descubrió que todos los cuerpos, al dejarlos caer desde lo alto de la famosa torre inclinada de Pisa, caían de la misma forma, tanto ligera como más pesada.

Y observó, atónito, que todos tardaban el mismo tiempo en aterrizar o estrellarse contra el suelo, desechándose de esta forma la idea de que los más livianos alcanzaban una mayor velocidad mientras bajaban.

Con este experimento el genio italiano, descubría uno de los valores constantes más importantes de la física: la aceleración de gravedad, que se abrevia signada con la letra g.

Sin embargo, se puede considerar al verdadero padre de la energía potencial gravitatoria al gran físico británico Isaac Newton.

Newton fue el primero en establecer la leyes de gravitación universal y sin lugar a dudas cambió la física tal y como la conocíamos.

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