ENERGÍA POTENCIAL DE UN CUERPO

¿QUE ES LA ENERGÍA POTENCIAL?

La energía potencial de un cuerpo es la energía que este posee por encontrarse en una determinada posición, a diferencia de la energía cinética que se manifiesta solamente cuando un cuerpo esta en movimiento, la energía potencial hace referencia a la energía que tiene almacenada, disponible para su potencial uso.

Por ejemplo un cuerpo que se encuentra apoyado en una plataforma a varios metros de altura, posee una energía potencial determinada por el solo echo de estar en altura, se dice que esta energía es potencia, por que en caso de romperse el equilibrio, si suponemos que la plataforma se rompe, el cuerpo comenzara a caer y transformara esa energía almacenada en movimiento, es decir que la energía potencia almacenada se transformara en energía cinética.

Lo mismo ocurre con un resorte comprimido, tiene una energía potencial almacenada disponible para utilizar cuando se libere del estado de compresión.

Es importante comentar que a efectos del calculo matemático de la energía potencial de un cuerpo no importa la acción que llevo al cuerpo a estar en esa situación de equilibrio, simplemente con saber en la posición que se encuentra es suficiente.

ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA

Es la energía potencial que tiene un cuerpo por estar suspendido a una determinada altura, esta energía esta disponible para su utilización y transformación en caso de que se rompa el equilibrio, en tal caso, la gravedad comenzara a interactuar sobre el cuerpo hasta imprimirle un movimiento acelerado, en consecuencia su energía potencial disminuye para aumentar su energía cinética.

Ahora sabiendo esto, surge la pregunta ¿cual es la formula de la energía potencial de un cuerpo a una determinada altura h? para responder esa pregunta solo hay que conocer el peso del cuerpo y la altura donde esta ubicado.

formula de la energia potencial de un cuerpo

Supongamos un cuerpo de 70 kilogramos (mg  = 70) suspendido a 2 metros de altura tiene una energía potencia de 140J.

EJEMPLO PRACTICO

Supongamos que un cuerpo de 80KG se encuentra a 3 metros de altura y en un determinado momento cae al vació, ¿con que velocidad llegara al piso?.

transformacion energia potencial en cinetica

Considerando que el rozamiento del cuerpo con el aire es despreciable, y entendiendo los principios básico de conservación de energía, podemos decir que la energía potencia inicial del cuerpo en la altura tiene que ser igual a la energía cinética del cuerpo un instante antes de tocar el suelo.

Energia cinetica y potencial formula de calculoAl igualar las dos expresiones, la energía potencial en el instante inicial con la energía cinética al momento final nos queda la igualdad que se muestra en la figura de arriba, como la masa del cuerpo es la misma, podemos eliminarla de la igualdad.

Igualdad energia cinetica y potencial

Ahora lo único que nos queda por hacer es despegar la velocidad de la ecuacion.

velocidad de un cuerpo energia cinetica

Como se puede ver en la ecuacion final, la velocidad que alcance el objeto es independiente del peso del cuerpo, solo se hace dependiente de la gravedad del planeta y de la altura donde se lo deja caer.

Para el ejemplo que dimos el cuerpo luego de recorrer los tres metros llegara al piso con una velocidad de 7,66 metros por segundo.

ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA

Es la energía que tiene almacenada un cuerpo al ser deformado, el caso de ejemplo mas común es el de un resorte en compresión, y que se libera cuando el resorte queda libre. Se dice que un material es mas o menos elástico dependiendo de su capacidad de volver a su posición inicial luego de su deformación, en el caso de un resorte seria su capacidad de volver al punto de inicio luego de ser liberado de su compresión.

Según la ley de HOOKE que establece que la fuerza elástica de compresión de un material es proporcional a una constante intrínseca  del material multiplicado por la distancia inicial al punto de equilibrio. la siguiente animación ejemplifica claramente lo dicho.

Fuerza elastica energia potencial elastica

Agradecimiento a wikipedia.org

Fuerza elastica de un cuerpo

El signo negativo de la ecuacion tiene sentido dado que la fuerza es una magnitud vectorial, si consideramos que la fuerza se manifiesta en sentido contrario de la compresión, entendemos el por que del signo negativo.

OTRAS FORMAS DE ENERGÍA POTENCIAL

Existen varias formas de energía potencial, que no vamos a detallar pero es importante nombrarlas para que sepan de su existencia.

  • Energía potencial de una carga eléctrica, es la energía almacenada en una carga eléctrica puntual
  • Energía potencial nuclear

RESUMEN

  • La energía potencial no explica la situación inicial de un cuerpo.
  • Dado que la energía es conservativa se pueden establecer igualdades como la que realizamos en el ejemplo de energía potencial gravitatoria.
  • Cuando la energía potencial comienza a ser liberada, esta sera cada vez mas chica hasta llegar a cero, transformándose en otro tipo de energía.

 

Espero que sea de utilidad, cualquier critica comentario sugerencia pueden hacerlo vía comentario. 🙂

 

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2 comentarios sobre “ENERGÍA POTENCIAL DE UN CUERPO

  • 1. Una esfera del dragón de 15.2 kg de masa se suelta desde la parte más alta de un plano inclinado sin rozamiento y llega al suelo (Parte baja del plano inclinado) con una velocidad de 11.9 m/s. Teniendo en cuenta que la energía mecánica inicial es igual que la energía mecánica final, determinar:

    La energía potencial inicial
    La altura inicial de la esfera.

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