la energía potencial parece que es simplemente energía que no se ha actualizado, y pensar de esa manera puede hacerte creer que no es real. Sin embargo, párese debajo de una caja fuerte suspendida a 30 pies sobre el suelo, y su opinión podría cambiar. la caja fuerte tiene energía potencial debido a la fuerza de la gravedad, y si alguien cortara la cuerda que la sujetaba, esa energía se convertiría en energía cinética, y en el momento en que la caja fuerte te alcanzara, tendría suficiente energía "actualizada" para dar. Eres un dolor de cabeza dividido.
una mejor definición de energía potencial es energía almacenada, y se necesita "trabajo" para almacenar la energía. La física tiene una definición específica de trabajo: el trabajo se realiza cuando una fuerza mueve un objeto sobre una distancia. El trabajo está relacionado con la energía. se mide en julios en el sistema si, que también son unidades de energía cinética y potencial. para convertir el trabajo en energía potencial, tienes que actuar contra un tipo particular de fuerza, y hay varios. La fuerza podría ser la gravitación, un resorte o un campo eléctrico. Las características de la fuerza determinan la cantidad de energía potencial que almacena al trabajar contra ella.
Fórmula de energía potencial para el campo gravitatorio de la Tierra.
La forma en que funciona la gravitación es que dos cuerpos se atraen entre sí, pero todo en la Tierra es tan pequeño en comparación con el planeta mismo que solo el campo gravitatorio de la Tierra es significativo. Si levantas un cuerpo ( m ) por encima del suelo, ese cuerpo experimenta una fuerza que tiende a acelerarlo hacia el suelo. la magnitud de la fuerza ( f ), de la segunda ley de newton, viene dada por f = mg , donde g es la aceleración debida a la gravedad, que es una constante en todas partes de la tierra.
Supongamos que levantas el cuerpo a una altura h . la cantidad de trabajo que haces para lograr esto es la fuerza × distancia, o mgh . ese trabajo se almacena como energía potencial, por lo que la ecuación de energía potencial para el campo gravitatorio de la Tierra es simplemente:
energía potencial gravitacional = mgh
energía potencial elástica
Los resortes, las bandas elásticas y otros materiales elásticos pueden almacenar energía, que es esencialmente lo que hace cuando retira un arco justo antes de disparar una flecha. cuando estira o comprime un resorte, ejerce una fuerza opuesta que actúa para restaurar el resorte a su posición de equilibrio, la magnitud de la fuerza es proporcional a la distancia que lo estira o comprime ( x ). La constante de proporcionalidad ( k ) es característica del resorte. De acuerdo con la ley de Hooke, f = - kx . el signo menos indica la fuerza restauradora del resorte, que actúa en dirección opuesta a la que lo estira o comprime.
para calcular la energía potencial almacenada en un material elástico, debe reconocer que la fuerza aumenta a medida que x aumenta. para una distancia infinitesimal, sin embargo, f es constante. Al sumar las fuerzas de todas las distancias infinitesimales entre 0 (equilibrio) y la extensión o compresión final x , puede calcular el trabajo realizado y la energía almacenada. Este proceso de suma es una técnica matemática llamada integración. produce la fórmula de energía potencial para un material elástico:
energía potencial = kx 2 /2
donde x es la extensión y k es la constante de resorte.
potencial eléctrico o voltaje
Considere mover una carga positiva q dentro de un campo eléctrico generado por una carga positiva más grande q . debido a las fuerzas eléctricas repulsivas, se necesita trabajo para mover la carga más pequeña más cerca de la más grande. De acuerdo con la ley de Coulomb , la fuerza entre las cargas en cualquier punto es kqq / r 2 , donde r es la distancia entre ellas. en este caso, k es la constante de Coulomb, no la constante de resorte. los físicos denotan a ambos por k . calcula la energía potencial considerando el trabajo necesario para mover q de infinitamente lejos de q a su distancia r. Esto da la ecuación de energía potencial eléctrica:
energía potencial eléctrica = kqq / r
El potencial eléctrico es ligeramente diferente. es la cantidad de energía almacenada por unidad de carga, y se conoce como voltaje, medida en voltios (julios / coulomb). La ecuación para el potencial eléctrico o la tensión generada por la carga q a una distancia r es:
potencial eléctrico = kq / r