Energía cinética
La energía potencial es la energía mecánica que adquiere un objeto debido a su posición. Es una energía almacenada que depende de la posición relativa del objeto y de un punto o nivel de referencia. La energía potencial puede convertirse en energía cinética y viceversa. Es una cantidad escalar y una función de estado.
La energía potencial gravitatoria depende de dos factores: la masa del objeto y su altura respecto a la superficie de la Tierra. Supongamos que un objeto de masa m está a una altura h de la superficie de la Tierra. Entonces, la energía potencial se puede calcular a partir de la siguiente ecuación.
Cuando el objeto se suelta, se acelera hacia abajo debido a la gravedad. Esto significa que la gravedad hace un trabajo sobre el objeto para moverlo hacia abajo. Como su altura disminuye, pierde energía potencial. Según la ley de conservación de la energía, la pérdida de energía potencial es igual a la ganancia de energía cinética.
Cuando el objeto llega a la superficie, h = 0, E.P. = 0. Esto significa que la energía potencial gravitatoria de un objeto en la superficie de la Tierra es cero. El trabajo realizado por la gravedad no depende de la trayectoria seguida. Por lo tanto, la energía potencial es conservadora.
Energía química
Hablamos mucho de la energía en nuestro día a día, desde la importancia de las energías renovables hasta el hecho de no malgastar la energía en determinadas personas o temas. Pero, ¿con qué frecuencia nos detenemos a considerar qué es la energía, de dónde viene y a dónde va?
Veamos la energía potencial y cómo nos ayuda a definir y comprender el mundo que nos rodea. A medida que descubramos más sobre la energía potencial, tocaremos muchos conceptos, desde la energía cinética hasta el campo gravitatorio de la Tierra.
En términos sencillos, la energía potencial es la capacidad de algo para realizar un trabajo, lo que se denomina energía almacenada[1]. En la vida cotidiana, piensa en la energía como el esfuerzo o la cantidad de trabajo necesario para hacer algo[1].
La energía potencial existe por el lugar en el que se encuentran las cosas y por su posición en relación con las demás[1]. Por ejemplo, un libro en el suelo no tiene mucha energía potencial, pero si se equilibra ese libro en lo alto de un rascacielos, su energía potencial aumenta drásticamente. Esta energía potencial puede cambiar o alterar otros objetos a su alrededor: ese libro podría caer del rascacielos y causar verdaderos daños a un carrito de perritos de maíz en la calle[2] Hay varios tipos de energía potencial, que discutiremos a continuación.
Energía eléctrica
Energía potencialEn el caso de un arco y una flecha, cuando el arquero realiza un trabajo sobre el arco, tirando de la cuerda hacia atrás, parte de la energía química del cuerpo del arquero se transforma en energía potencial elástica en la extremidad doblada del arco. Cuando se suelta la cuerda, la fuerza entre la cuerda y la flecha realiza un trabajo sobre la flecha. La energía potencial en las extremidades del arco se transforma en energía cinética de la flecha cuando ésta emprende el vuelo.Símbolos comunesPE, U, o VSI unidadjulio (J)Derivaciones de otras cantidadesU = m ⋅ g ⋅ h (gravitacional)
Los tipos más comunes de energía potencial incluyen la energía potencial gravitacional de un objeto que depende de su masa y de su distancia al centro de masa de otro objeto, la energía potencial elástica de un resorte extendido y la energía potencial eléctrica de una carga eléctrica en un campo eléctrico. La unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el julio, que tiene el símbolo J.
El término energía potencial fue introducido por el ingeniero y físico escocés del siglo XIX William Rankine,[3][4] aunque tiene vínculos con el concepto de potencialidad del filósofo griego Aristóteles. La energía potencial se asocia a las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de manera que el trabajo total realizado por estas fuerzas sobre el cuerpo depende únicamente de las posiciones inicial y final del cuerpo en el espacio. Estas fuerzas, que se denominan fuerzas conservativas, pueden representarse en cada punto del espacio mediante vectores expresados como gradientes de una determinada función escalar denominada potencial.
Energía potencial gravitatoria
La palabra “energía” tiene su origen en el griego energhéia, concepto que Aristóteles relacionó con la idea de entidades hipotéticas que se convierten en reales. Los médicos la aplicaron hasta el siglo XVII a la noción de una supuesta sustancia irritante transmitida por los nervios que estimulaba la acción.
Algunos aspectos del concepto de trabajo realizado aparecen ya en el año 60 d.C. en los escritos de Héroe de Alejandría. Héroe informó de que si se levanta un peso con un sistema de poleas mediante el ejercicio de una fuerza menor que el peso que se levanta, la cuerda debe ser tirada con una velocidad mayor que la velocidad con la que el peso se eleva.
Dios… en el principio creó la materia junto con el movimiento y el reposo, y ahora, por su sola concurrencia ordinaria, conserva en toda ella [es decir, en el mundo material] tanto movimiento y reposo como el que puso en ese momento.
En sus Principia Philosophiae de 1664, Descartes propuso una serie de leyes (defectuosas) sobre las colisiones que utilizaban el concepto de cantidad de movimiento, calculado como el producto de la masa y la velocidad no dirigida. Basándose en el trabajo de Descartes, en 1668, John Wallis, Christopher Wren y Christiaan Huygens presentaron un trabajo a la Royal Society en el que sostenían que la dirección de la velocidad era un aspecto importante de la cantidad de movimiento.