Energía Potencial

La energía potencial, se comprende como la capacidad que tiene un cuerpo dentro de un sistema de realizar un trabajo, gracias a su configuración o ubicación dentro del mismo. Este tipo de energía, está directamente relacionado con muchas otras, ya que puede manifestarse debido a la influencia de campos gravitatorios, eléctricos y magnéticos en objetos que contenidos en su área de influencia.

Luego de décadas de estudio, la energía potencial pasó de considerarse un subproducto de la energía cinética y gravitatoria, a calar en teorías y campos más complejos como lo son la física cuántica. Esta clase de energía hace referencia a cada uno de los objetos que son afectados por campos de fuerzas.

La energía potencial está contenida en cada uno de los cuerpos capaces de cambiar su posición y configuración. Tiene la particularidad de poder definirse por el tipo de interacción que se realice con el cuerpo en cuestión, como la incidencia de la gravedad, la naturaleza de un material elástico que acumula energía cinética o por la influencia de la energía estática y eléctrica.

Ejemplos

La energía potencial tiene la capacidad de demostrarse por diversos mecanismos, por ello es importante mencionar varios de los posibles ejemplos de energía potencial.

Relojería

Reloj

Los mecanismos internos de muchos relojes en la actualidad, aún se basan en modelos análogos, es decir, funcionan con resortes y péndulos que a su vez acumulan la energía cinética y permiten el normal funcionamiento de todo el minucioso interior de estos complejos objetos. A su vez, los relojes actuales, guardan la energía potencial eléctrica que los hace funcionar en baterías.

Montañas rusas

Montaña rusa
Al igual que muchas otras atracciones que funcionan a altas velocidades, las montañas rusas no necesitan generar todo el trabajo que les hacen adquirir tales velocidades a los carretes, utilizan buena parte de la energía potencial que reciben cuando se elevan a grandes alturas y se desplazan por pendientes pronunciadas, lo que les hace movilizarse velozmente.

Sistemas de amortiguación


En sistemas de transporte terrestre, se suelen diseñar elementos que amortigüen movimientos bruscos para los pasajeros. Estos elementos de amortiguación están compuestos de distintas piezas, entre ellas pueden componerse resortes, los cuales absorben y expulsan toda la energía cinética atrapada durante estos impactos de fuerza.

Baterías eléctricas

Pilas

Todas las baterías eléctricas contienen una determinada carga eléctrica, que se encuentra acumulada e inactiva, hasta el momento en el que se le introduzca en un circuito eléctrico, donde pueda liberarse la energía potencial eléctrica que ella contenga. Que a su vez ha sido el producto de la energía química, que es donde se basa el principio de estos elementos eléctricos.

Bandas elásticas

Sea para organizar billetes, para utilizarlas en ropa masculina y femenina, las bandas elásticas así como muchos compuestos elásticos, conservan la energía que las hace deformarse o estirarse, para luego recuperar su configuración original liberando la energía contenida.

Cómo se produce

La energía potencial se produce como el resultado de la acción directa de una fuerza sobre un objeto sin perjudicarla al instante, dado que se ha de necesitar un cambio en el sistema donde se desenvuelve el objeto, sea de posición o de estado, para que la fuerza influyente pueda manifestarse.

Tipos

La energía potencial puede demostrarse gracias a otras formas de energía bien conocidas. Tales como lo son:

Energía potencial gravitatoria


La energía potencial gravitatoria es una manifestación común de la energía potencial. Esta clase de energía se define por la masa que poseen dos cuerpos y por la distancia existente entre ellos, aunque desde nuestra perspectiva, pueda parecer mucho más evidente por ejemplo, la influencia gravitatoria de los planetas y cuerpos celestes que de cuerpos más pequeños en el espacio.

Energía potencial elástica


Se entiende como energía potencial elástica a la capacidad que tienen determinados materiales de poder recuperar su estado o forma inicial, cuando estos han sido sometidos a distintas fuerzas capaces de deformarlos, doblarlos o estirarlos.

 

Energía potencial electrostática


Similar a la energía potencial gravitatoria, esta clase de energía radica igualmente en la distancia habida entre dos cuerpos cualquiera y en el signo de la carga que posean, pudiendo repelerse al tratarse de dos cuerpos de carga similar o atraerse en el caso de que las cargas tuviesen signos distintos.

 

Energía potencial química


Se trata de la propiedad que contiene cada molécula o compuesto de generar y transformar energía mediante distintos procesos químicos; esto debido al rompimiento y formación de enlaces químicos y a la interacción entre los distintos compuestos, lo que hace posible procesos como la combustión, la metabolización de los alimentos, la fermentación, etc.

Usos

La energía potencial, en sus múltiples formas y mecanismos de funcionamiento, tiene cuantiosos usos y beneficios en la vida moderna, de tal manera que de este tipo de energía pueden encontrarse varios ejemplos claros.

En los portaaviones, para que los aviones despeguen y aterricen se utilizan «Bandas elásticas» de alta resistencia.
  1. En la ingeniería militar, se ha utilizado la energía potencial elástica en una gran cantidad de armas a lo largo de la historia, desde catapultas para tensar las sogas y la madera, ballestas, hondas y demás, hasta el mecanismo interno de las actuales armas de fuego, que utilizan resortes para reacomodar el gatillo a su posición original.
  2. En el funcionamiento de imanes y cuerpos ferromagnéticos, emplean la energía potencial electrostática contenida en ellos, que puede generar repulsión o atracción dependiendo del signo de la carga que contengan.
  3. El proceso químico que genera la ignición de los combustibles se lleva a cabo gracias a la energía potencial química que se libera al romper los enlaces de los compuestos orgánicos, lo que provoca la liberación de energía térmica necesaria para que los motores funcionen.
  4. La energía potencial nuclear utiliza la energía contenida en los átomos, al desestabilizar el núcleo de ciertos isótopos mediante la implementación de neutrones, es posible provocar una reacción en cadena que a su vez puede ser aprovechada en plantas nucleares.
  5. Los transbordadores espaciales la utilizaban en su momento y también se aprovecha la energía potencial gravitatoria para el retorno a la superficie de las cápsulas espaciales que se encuentran orbitando el planeta.

Ventajas y desventajas

Tipos de energía como la potencial representa muchas ventajas y desventajas que se deben conocer.

Ventajas

  • En la mayoría de los casos, la energía potencial permite aprovechar la energía contenida en los sistemas sin necesidad de generar mayores desperdicios o contaminantes.
  • Se trata de una fuente inagotable de energía, ya que como la gravedad y las propiedades electrostáticas de los cuerpos, son características propias de ellos, pueden seguirse aprovechando en el tiempo.
  • Tiene múltiples usos en la vida cotidiana del hombre y siempre ha estado presente durante el desarrollo de la tecnología.
  • Gracias a la energía potencial se pueden aprovechar las propiedades químicas de los alimentos y materiales para procesarlos e incluso conservarlos sin necesidad de utilizar energía eléctrica.

Desventajas

  • Para aprovechar la energía potencial en cualquiera de sus formas, debe implementarse tecnología, materiales especiales o bien hacer una inversión de energía para aprovechar luego la energía potencial.
  • De todas las clases de energía potencial, la energía química es de las únicas que conlleva una liberación de desperdicios y agentes contaminantes.
  • En el caso de la energía potencial aprovechada mediante procesos químicos, esta puede demorar cierto tiempo en manifestarse como ocurre con la fermentación, o puede generar grandes cantidades de desperdicios como es el ejemplo de los combustibles fósiles.
  • La energía potencial elástica es una de las más aprovechadas de todas las formas de esta energía, pero también es una de las que más rápido se deteriora, ya que al liberar y absorber energía, los materiales elásticos tienden a desgastarse y perder dicha propiedad.

Fórmula matemática

A continuación se presenta la ecuación empleada para calcular la energía potencial:

\[ Ep= m * g * h\]

En esta ecuación

  • Ep= Energía potencial.
  • h= Altura del cuerpo con respecto al nivel del mar.
  • m= Masa del cuerpo elevado.