Energia potencial

3. La energía
potencial de un
cuerpo se define
como la energía
que es capaz de
generar un
trabajo como
consecuencia de
la posición del
mismo. Este
concepto indica
que cuando un
cuerpo se mueve
con relación a
cierto nivel de
referencia puede
acumular
energía.

4. La energía
potencial es
una magnitud
escalar
asociado a un
campo de fuerzas
(o como en
elasticidad un
campo tensorial
de tensiones).

5. Un pesado ladrillo sostenido en alto tiene energía
potencial debido a su posición en relación al suelo.
Tiene la capacidad de efectuar trabajo porque si se
suelta caerá al piso debido a la fuerza de gravedad,
pudiendo efectuar trabajo sobre otro objeto que se
interponga en su caída.

6. Un resorte comprimido
tiene energía potencial.
Por ejemplo, el resorte
de un reloj a cuerda
transforma su energía
efectuando trabajo para
mover el horario y el
minutero.

7. La energía potencial puede definirse solamente cuando la
fuerza es conservativa, es decir que cumpla con alguna de
las siguientes propiedades:
*El trabajo realizado por la fuerza entre dos
puntos es independiente del camino
recorrido.
*El trabajo realizado por la fuerza
para cualquier camino cerrado es
nulo.
*Cuando el rotor de F es cero.
Se puede demostrar que todas las propiedades son
equivalentes (es decir que cualquiera de ellas implica la otra).

8. El valor de la energía potencial
gravitatoria vendría entonces dado
por: El valor de la energía potencial
gravitatoria vendría entonces dado
por:

9. Hay varios tipos de energía potencial:

10. La energía que un objeto tiene debido a su posición en el
espacio recibe el nombre de energía potencial
gravitacional. Es la energía mantenida por un campo
gravitacional y transferida al objeto conforme éste cae.

11. Todo cuerpo sometido a la acción de un campo
gravitatorio posee una energía potencial
gravitatoria, que depende sólo de la posición del
cuerpo y que puede transformarse fácilmente en
energía cinética.

12. Se define la energía potencial (EP) gravitacional de un
objeto de masa m que se encuentra a una altura y de
algún nivel de referencia como:
EPG = mgy
g es la aceleración de gravedad
El trabajo hecho por la fuerza de
gravitacional cuando el bloque cae de yi a
yf es igual a mgyi mgyf

13. La energía potencial gravitatoria VG de una partícula
material de masa m situada dentro del campo gravitatorio
terrestre viene dada por:
Donde:
, distancia entre la partícula material del centro de la Tierra.
, constante universal del la gravitación.
, masa de la tierra.

14. Es la energía asociada con las materiales elásticos.

15. Al comprimir un muelle, se realiza un trabajo que se
acumula como una energía potencial elástica.
Otra forma común de energía potencial es la que
posee un muelle cuando se comprime.

16. Esta energía potencial elástica tiene un valor
igual a:
donde x es la posición del extremo del muelle y k una
constante de proporcionalidad. Al soltar el muelle, se
libera energía potencial elástica, al tiempo que el
extremo del muelle adquiere velocidad (y, también,
energía cinética).

17. La idea de energía potencial, como forma
de energía asociada a la posición de los
cuerpos, está presente también en los
campos eléctricos

18. Una definición de energía
potencial eléctrica sería la
siguiente: cantidad de trabajo
que se necesita realizar para
acercar una carga con velocidad
constante desde el infinito hasta
una distancia r de una carga del
mismo signo, la cual utilizamos
como referencia. En el infinito la
carga de referencia ejerce una
fuerza nula.

19. Así, una carga q negativa situada en un punto P a una distancia
r de otra carga central positiva Q acumula en esa posición una
cierta energía potencial, energía que podría liberarse si se dejara
en libertad, ya que se desplazaría hacia Q por efecto de la fuerza
atractiva. Situarla de nuevo en la posición inicial supondría la
realización de un trabajo en contra de la fuerza atractiva ejercida
por Q. Este trabajo exterior a las fuerzas del campo se invierte
precisamente en aumentar su energía potencial Ep y puede
escribirse en la forma

20. Como sucede cuando se tira de un cuerpo sujeto a
un muelle y a continuación se suelta, el trabajo
eléctrico podría ser recuperado si la carga q se dejara
en libertad, es decir, si no se la obligara a ocupar la
posición definida por el punto P.

21. El campo eléctrico creado por una carga Q = 4 ·
10-6 C situada en el vacío es tal que el potencial
electrostático en un punto M que dista 3 m de Q
es VM = 1,2 · 104 V y en otro punto N separado 2
m de la carga es VN = 1,8 · 104 V. Se trata de
calcular el trabajo necesario para trasladar una
carga q = - 2 · 10-8 C de M a N interpretando el
signo resultante.
La diferencia de potencial DV entre los puntos final e
inicial viene dado por:
Ejemplo.

22. Según la expresión:
el trabajo eléctrico necesario para trasladar una carga q
distinta de la unidad será:
We = 0,6 · 104 · (- 2 · 10-8) = - 1,2 · 10-4 J
Donde el signo negativo indica que el trabajo es realizado, en
este caso, por las fuerzas del campo. En efecto, dado que la
carga q tiene signo opuesto a la carga central Q que se supone
fija, la fuerza entre ambas será atractiva y el desplazamiento
de q del punto M (más alejado) al N (más próximo) se efectuará
espontáneamente.

24. A este fenómeno se le denomina:
Cualquier forma de energía se transforma en otra
porque: