5.2.2.2. Trabajo, Potencia y Energía - Energía - Energía Potencial

Todos los sistemas almacenan energía que pueden utilizar en cualquier momento para hacer un trabajo.

Energía potencial - carrusel - niña

Según el carrusel, la niña y el caballito tiene energía a causa de su posición, al caer, esta energía se transforma en el trabajo necesario para levantar a la niña. Esta energía se denomina energía potencial Ep.

 La energía potencial es la que tiene un cuerpo en virtud de la posición que ocupa, que será distinta a la del equilibrio.

No se puede hablar del valor absoluto de la energía potencial gravitatoria que tiene un cuerpo situado a una altura determinada, sino únicamente de diferencias de energía potencial. De manera convencional, y para evitar este inconveniente, se considera superficie terrestre (h = 0) como el nivel cero de energía potencial.

La energía potencial (U) es la capacidad que tiene los cuerpos  de realizar un trabajo debido a su posición que ocupan respecto a un punto determinado. Es una forma de energía almacenada que se puede recobrar parcial o totalmente para aprovecharse en trabajo o transformarse en otra forma de energía.

Existen varias formas de energía potencial, destacándose dos importantes para el estudio de la mecánica.

  • Energía potencial gravitacional (Ug).

Es la energía tienen los cuerpos según la altura que estos se encuentren a un punto de referencia inferior, y que en libertad sufre una caída libre debido a la aceleración gravitacional, realizando un trabajo al caer y transformando toda la energía potencial en energía cinética (en movimiento). Se expresa como:

Peso de un cuerpo a una altura h

 

 

Ug = mgh

 

Ug: energía potencial gravitacional

m : masa de la partícula

g : aceleración gravitacional

h : altura de la caída

 

  • Energía potencial elástica (Ue).

Es la energía que esta almacenada en los cuerpos cuando se encuentran comprimidos o estirados, y que una vez recuperan su forma original, generan un trabajo al convertir la energía potencial elástica en energía cinética (el desplazamiento del resorte genera un movimiento). Se expresa como:

Energía potencial elástica - Sistema masa - resorte

 

Ue  =  1/2 k.x2

 

 

Ue: energía potencial elástica

k : constante de elasticidad

x : elongación o compresión del resorte

Observe el siguiente video para afianzar el concepto de energía potencial.

Creditos: Video tomado de: http://www.youtube.com/watch?v=5409qpWpdbY

Repositorio de: openmind8888

Ejemplo. Sabiendo que cada piso de un edificio tiene 2,3 m y la planta baja 3 m, calcular la energía potencial de una maceta que, colocada en el balcón de un quinto piso, posee una masa de 8,5 kg.

Solución.

Se calcula la altura que cae la maceta.

h = 2,3 m.(4) + 3 m = 14,5 m

El balcón del 5° piso es el techo del 4° piso

Ep = m.g.h
Ep = 8,5 kg.9,807 (m/s ²).14,5 m
Ep = 1208,712 J

Ejemplo. Una fuerza de 540 N estira cierto resorte una distancia de 0.150 m ¿Qué energía potencial tiene el resorte cuando una masa de 60 Kg cuelga verticalmente de él?

Sistema masa - resorte vertical

Solución:

Para conocer la energía potencial elástica almacenada en el resorte, se debe conocer la constante de fuerza del resorte y su deformación causada por el peso de la masa de 60 Kg.

Una fuerza de 540 N estira el resorte hasta 0.150 m. La constante de fuerza es:

k = Fe / x = 540 N / 0.150 m = 3600 N / m.

Luego, la deformación x del resorte causada por el peso del bloque es:

x = Fe / k = (m*g) / k

x = ((60 Kg)*(9.8 m/s2)) / (3600 N/m) = 0.163 m

La energía potencial elástica almacenada en el resorte es:

Ue = ½ k.x2 = 1/2 * (3600 N/m) * (0.163 m)2 = 47.82 J

Actividad interactiva para afianzar conocimientos.

Haz clic sobre el link para acceder a la simulación, explora, práctica, interpreta y comprende el comportamiento de la energía.

http://phet.colorado.edu/sims/energy-skate-park/energy-skate-park-basics_es.jnlp

 

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