Energía potencial

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Desde el año 1802, Thomas Young en una conferencia del Royal Society, utilizó un término que sería revolucionario y quedaría presente hasta nuestros días, ¨energía¨ fue la primera vez que se mencionó la energía como la conocemos en su sentido moderno, desde ese momento se empezó a ampliar este término y se dieron a conocer diferentes tipos de energía.

Y no fue hasta 1853, que William Rankine uso el termino ¨energía potencial¨ por primera vez, no solo la definió, sino que estableció diferencias entre lo que era la energía real (presente en procesos dinámicos) y la energía potencial que termina siendo el resultado de almacenamiento de energía previa, como que también está presente en cuerpos que no vienen de movimientos.

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    ¿Qué es la energía potencial?

    La energía potencial es un tipo de energía que no se clasifica según su magnitud y fuerza, sino que se determina observándola desde un punto de vista el cual está dentro de un sistema, y se define como la energía que tiene cierto cuerpo inmóvil dentro del ya mencionado sistema, que normalmente es de carácter móvil. Es decir que se puede decir que la energía potencial es el cúmulo de energía que tiene un cuerpo, con la cual tiene la posibilidad para llevar a cabo una acción, dentro del sistema de cuerpos en el que está.

    Es importante no confundir la energía potencial con la energía cinética, ya que su principal diferencia es que en el caso de la energía cinética la fuerza se define como el cuerpo en movimiento generando dicha energía, mientras que en el caso de la energía potencial es el momento en el que el cuerpo esta inmóvil donde nace la energía, siendo su liberación una forma de darle continuidad, o no al sistema móvil donde está impresa.

    Cabe destacar que cuando se menciona, movimiento, o en caso contrario, inmovilidad, se hace desde un punto de vista relativo, por ejemplo, con la energía potencial estamos demostrando o dando a entender que existe un cuerpo inmóvil, pero inmóvil en un momento determinado estando dentro de un sistema o cumulo de cuerpo o cierta trayectoria.

    Un ejemplo en la vida cotidiana sobre esto vendría siendo una persona sentada en un auto o un bus, si alguien afuera del bus o el auto lo observa vera que está en movimiento dicha persona, sin embargo, desde el punto de vista de la persona, esta inmóvil dentro del sistema de movimiento del vehículo.

    Dejando esto claro ya se entiende que la energía potencial viene siendo un tipo de energía que si bien el cuerpo puede estar asociado con un sistema de fuerzas externas, (es decir si el cuerpo está dentro del campo), o por lo contrario el cuerpo este asociado con el campo de forma interna, (que el campo este dentro del cuerpo), mantiene una particularidad y es que es una energía de transición donde, (y por el sistema donde este), puede transformarse de forma progresiva a otros tipos de energía.

    Mayormente en energía cinética una vez que libera su movimiento. Como punto importante se debe acotar que, dentro del sistema de movimiento, venga de donde venga, la energía potencial siempre se traduce como toda esa energía en reposo, o almacenada, que dependiente de la continuidad del sistema, puede terminar convirtiéndose en otro tipo de energía, sin embargo, de mantenerse inmóvil, seguirá manteniendo toda su potencia almacenada.

    Su estudio está presente en la física, mecánica clásica, mecánica relativista, y hasta en la física cuántica (en el estudio del sistema de partículas), dentro de sistemas de carácter conservativos (cuya prioridad es mantener energía o preservarla), o su contrario, sistemas disipativos (cuya naturaleza es desprender energía), la energía potencial es primordial, ya que junto con la energía cinética constituyen el sistema de energía mecánica total.

    ¿Qué significa energía potencial?

    Energía potencial significa energía almacenada. La energía potencial de un sistema es la energía almacenada en un sistema debido a su configuración (por ejemplo, su posición u orientación). Luego, puede considerar el cambio en la energía potencial de un objeto entre diferentes configuraciones. Por ejemplo, la energía potencial gravitacional de un globo de aire caliente cambiará dependiendo de qué tan lejos esté del centro de la Tierra.

    Se puede decir también que la energía potencial es la energía latente en un objeto en reposo y es una de las dos formas de energía. La energía potencial es un concepto central de cualquier discusión basada en la física y una de las variables más influyentes en las fórmulas que describen nuestro universo conocido.

    Pudiéndose aplicar el mismo principio a cualquier escala, sea a nivel espacial o a nivel atómico. De hecho, los átomos también poseen energía potencial, aunque su movimiento constante transforma gran parte de su energía potencial en energía cinética. Los tipos comunes de energía potencial incluyen la energía potencial gravitacional, la energía potencial elástica de un resorte extendido y la energía potencial eléctrica de una carga eléctrica en un campo eléctrico.

    Ejemplos de energía potencial

    La mejor forma de entender es por medio de ejemplos, para terminar de dejar claro el concepto de la energía potencial es importante dar unos cuantos ejemplos sobre la misma, para entenderla a la vez que se da un abreboca de los tipos de energía potencial.

    Un cometa: estando en el aire el cometa está levitando gracias a la fuerza y por medio del viento, estando atado a la tierra solo por medio del fino cordón que lo une a la persona que lo está manipulando, por este pequeño hecho, el cuerpo de cierta forma esta inmóvil, siendo arrastrado por las corrientes de viento, si estas corriente dejar de estar, o cesa el viento, lógicamente el cometa caerá al suelo, esto es gracias a la energía potencial de tipo gravitatoria que tenía almacenada el cometa.

    Estar sentado: el estar sentado sobre una superficie acolchada como un asiento de bus, un sofá, una cama, o un cojín hará que lógicamente nuestro peso actúe en la superficie donde estamos reposando, creando que se hunda, se deforme o se comprima, lo cual, al estar estáticos, genera que almacene energía potencial elástica que hará que al levantarnos o retirar el peso que ejerce presión, la superficie se expanda y expulse la energía potencial que estaba presente.

    Una naranja en el árbol: por baja o alta que se encuentre un fruto en un árbol, como la naranja que está a lo alto de las ramas, están en reposo, mejor dicho, inmóviles, aun así, tiene energía potencial almacenadas en ellas, que estará inmóvil hasta que la naranja de desprenda de la rama, ocasionando que se transforme en energía cinética.

    Globo de plástico: cuando tenemos un globo y lo llenamos de aire o cualquier tipo de gas, estamos comprimiendo esta presión de aire dentro de un espacio delimitado(globo), dicha acción genera que la presión expanda  las superficies del globo, una vez hecho esto y que el cuerpo este en reposo, se genera una cantidad de energía potencial retenida o almacenada dentro del globo, si esta escapa o se revienta por completo el globo, toda esta energía se libera y se transforma en energía cinética y energía sonora.

    Skater en medio tubo: cuando un skater está haciendo piruetas sobre el medio tubo está bajo una constante energía cinética, que da como resultado picos altos en los que el patinador alcanza puntos donde su cuerpo queda suspendido en un reposo corto en el aire absorbiendo grandes cantidades de energía potencial que terminan siendo liberadas en dar el impulso necesario para llegar al otro extremo del circuito.

    Péndulo: pasa algo similar como en el caso del skater, el péndulo en este caso gracias a el gran peso que tiene comparado al punto de ancla de donde este sujeto, (el hilo) genera un punto de gravedad considerable, que genera que, al mover y soltar el péndulo a cierta distancia, hará que, de igual forma, gracias a la energía potencial gravitatoria almacenada en el péndulo, se desplace en la misma distancia, pero de lado contrario.

    Pila o batería: gracias a su composición interna, las baterías guardan energía eléctrica que tienen implícita también cantidad de energía potencial inmóvil, esperando a ser liberada cuando su circuito eléctrico se active generando movimiento en su flujo.

    Montaña rusa: el carrito de la montaña rusa, si bien en parte es ayudada por sistemas motorizados que la ayudan en cierto trayectos de ascenso mayormente, una vez estando en sus puntos más altos, al quedar suspendidas momentáneamente en la cima, conserva y almacena una gran cantidad de energía potencial gravitatoria, que en el momento en el que empieza a descender es liberada dando el impulso necesario como para subir más cimas sin necesidad de ayuda externa, solo con el impulso gravitatorio resultante de la energía potencial retenida.

    Piedra en colina: si rodamos una piedra desde una superficie plana hasta lo alto de una colina habrá que aportar energía para que esta suba y se mueva, al llegar a lo alto de la cima la piedra en estado inmóvil adquiere una cantidad considerable de energía potencial, si la roca rueda cuesta abajo, toda esta energía seria liberando dándole empuje a la roca para rodar y posiblemente llegar más lejos de lo que estaba en un principio.

    Tipos de energía potencial

    Como ya definimos que es la energía potencial y sabemos que es una energía almacenada en algún objeto inmóvil, sabemos que puede convertirse en cualquier otro tipo de energía en el momento que es liberada, hay un detalle importante, el tipo de energía potencial va a ser definido por el factor que le otorga la energía para que el cuerpo la almacene, es decir, según el origen de la energía almacenada por el cuerpo inmóvil, dependerá su tipo.

    Básicamente son 5 tipos de energía potencial.

    Energía potencial eléctrica o electroestática

    como su nombre lo indica es de origen eléctrica, es el tipo de energía que almacenan ciertos cuerpos aun cuando estando en reposo o sin estar percibiendo flujo activo de energía eléctrica, mantienen cierta carga de energía potencial eléctrica o electroestática, el ejemplo más común de esto es cuando tocas algún electrodoméstico, coche o superficie metálica y recibes una pequeña descarga eléctrica.

    -Energía potencial nuclear: estudiada por la física cuántica, está presente a nivel de las partículas, exactamente a las partículas del núcleo atómico, que están bajo una presión o fuerza nuclear muy fuerte que las mantiene unidas, estando en este estado de reposo cuando rompemos ese lazo, es decir una fisión nuclear, se libera de manera descomunal toda esa energía potencial nuclear.

    Energía potencial química

    es el tipo de energía potencial más presente en nuestro día a día, también para entenderla hay que hacer revisión a nivel atómico o molecular, ya que básicamente es la energía almacenada que tienen ciertos cuerpos como alimentos o combustibles, de forma intrínseca dependiendo de sus enlaces químicos, como ejemplos podrían ser el petróleo, que contiene una gran cantidad de energía potencial almacenada que puede ser liberada en forma de calor, electricidad, gas, entre otras.

    Y otro ejemplo más común aun seria la comida, que, dependiendo de su composición química, tendrán más o menos energía potencial que termina por ser procesada y convertirse en energía calórica para el uso del cuerpo.

    Energía potencial gravitacional o gravitatoria

    Es el tipo de energía potencial más común en los elementos de toda la tierra, ya que gracias a la atracción de la atmosfera hacia el centro de la tierra (gravedad), todos los cuerpos dentro de este campo zona afectados por la misma, mientras más lejos del suelo este el cuerpo, más energía potencial gravitatoria poseerá.

    -Energía potencial elástica: cuando un cuerpo tiene propiedades elásticas, es decir que aun así sean deformados o manipulados vuelven a su forma original, son objetos de que fácilmente almacenen energía potencial, ya que al estirar o deformar algún objeto con estas propiedades, se está generando una presión sobre ella.

    Que termina siendo almacenada por dicho cuerpo que en algún momento determinado esta inmóvil esperando a ser liberada, como ejemplo de esto podría ser una catapulta medieval, que al estirarse hacia atrás almacena una gran cantidad de energía potencial elástica, que cuando se libera termina impulsando y disparando el proyectil.

    Ventajas y desventajas de la energía potencial

    Ventajas:

    • Es una energía primordial y que siempre vas a estar presente de manera directa o indirecta en los cuerpos gracias a diversas fuerzas naturales.
    • Es una energía de transición indispensable para los procesos de transformación de la energía.
    • Tiene una gran capacidad de transformarse en otras energías y ayuda al correcto funcionamiento de estas.
    • Nos ayuda a comprender mejor el proceso de creación, retención, y pérdida de energía de los cuerpos, además de que nos ayuda a entender la posición del objeto dentro de un campo o sistema.

    Desventajas:

    • Es una energía que por sí sola no genera ninguna interacción ya que para almacenarse debe estar inmóvil.
    • Es una energía que necesita de la energía cinética para generar movimiento o transformaciones, entre el complemento de ambas se crea la energía mecánica.

    Aplicaciones de la energía potencial

    Algunas de las aplicaciones más usadas de la energía potencial son los condensadores y los generadores de Van de Graaff, que gracias a los principios de la energía potencial sirven como parte esencial de muchos equipos o sistemas móviles.

    Generador de van de graaff: es un dispositivo que almacena partículas cargadas de energía y las acelera para conseguir generar más, aprovechando la energía potencial eléctrica, un agente externo las acelera para generar más carga continuamente.

    Condensadores: son básicamente dispositivos que guardan energía y la almacenan en forma de energía potencial electroestática en el interior de sus cuerpos, primordial para el campo de la electrónica y por ende todos los electrodomésticos de consumo normal.

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