Ejemplo de Energía Potencial

Energía es la capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. La Energía Potencial es la que se adquiere por una posición que se ocupa, dentro de determinado campo. Dependiendo del campo que se esté habitando, la Energía Potencial adquiere la siguiente clasificación:

Tipos de Energía Potencial:

La Energía Potencial Gravitacional se genera cuando el cuerpo o sistema se encuentra en un Campo Gravitacional.

La Energía Potencial Eléctrica es aquella que se adquiere cuando el cuerpo o sistema se encuentra dentro de un Campo Eléctrico.

La Energía Potencial Magnética surge cuando el cuerpo o sistema se encuentra dentro de un Campo Magnético

La Energía Potencial Elástica se manifiesta cuando un resorte se encuentra suspendido en determinado nivel de tensión, y tiene la tendencia latente a volver a su forma original.

Energía Potencial Gravitacional 

La Energía Potencial está basada en la segunda Ley de Newton:

“La Fuerza aplicada a un objeto es directamente proporcional a la masa de éste, con la aceleración a la que viaja”.

En un Campo Gravitacional, la aceleración está representada por el valor de la aceleración de la gravedad: . Al producto de esa Fuerza por la posición del cuerpo, que en un Campo Gravitacional se maneja como la Altura o Distancia, se le llama Energía Potencial Gravitacional.

Donde las unidades son:

Es la más frecuentemente utilizada, para calcularse en los cuerpos cercanos a la superficie del planeta Tierra. El origen o punto de referencia para esta Energía puede ser arbitrario. Ahí la Energía es cero. El cuerpo que se encuentra a tal distancia de ese punto, ha requerido de un monto de Energía para ser colocado ahí. Desde otra perspectiva, esto significa lo mismo que La Energía que ese cuerpo tiene disponible al estar Ya en esa posición.

El cuerpo por sí mismo ya tiene una masa, que al ser afectada por la acción de la gravedad, se convierte en una fuerza llamada Peso, que obviamente se mide en las mismas unidades de la Fuerza:

De tal modo que la Energía Potencial Gravitacional puede ser representada como:

Ejemplos de Energía Potencial Gravitacional

Ejemplo #1: Calcular la Energía Potencial de un Escritorio que se encuentra en el Segundo Piso de un Edificio, a una altura de 4.5 metros. Su masa es de 90 Kg.

La fórmula que se va a aplicar es:

Solución:

Ejemplo #2: Calcular la Energía Potencial de un monolito que está en la cima de una colina a 10 metros en distancia vertical,  con masa de 1,200 Kg.

La fórmula que se va a aplicar es:

Solución:

Ejemplo #3: Calcular la Energía Potencial de una manzana que cuelga de la rama de un árbol, con un peso de 0.8829 Newton, a una altura de 3.2 metros.

La fórmula que se va a aplicar es:

Energía Potencial Elástica

La Energía Potencial Elástica está determinada por la distancia de estiramiento o presión del resorte y por la constante del muelle del que forma parte. Es la energía almacenada por el resorte en su condición de tensión.

Independientemente de si se trata de una compresión o un estiramiento, hay una distancia en la que se deforma el resorte, con respecto a su forma original.

Proviene de la integración del Trabajo implicado en la compresión o estiramiento del resorte: Fuerza (k) por Distancia (x) en función de la Distancia.

La Energía Potencial Elástica es equivalente a este valor.

Energía Potencial Eléctrica

Cuando una carga eléctrica positiva se sitúa en determinado lugar del espacio, y se aproxima otra carga positiva, habrá por parte de la primera una fuerza de repulsión. Por lo tanto, se generará una energía potencial en la segunda.

La Energía Potencial Eléctrica de una Carga se representa:

Y está basada en la Ley de Coulomb:

La Fuerza que afecta a una carga eléctrica puntual como consecuencia de la presencia de una segunda carga puntual, está definida por: