En este artículo se explica qué es la energía potencial en física y cómo se calcula. También encontrarás cuáles son los diferentes tipos de energía potencial y, además, cuál es la relación entre la energía potencial y la energía cinética.
Índice
¿Qué es la energía potencial?
En física, la energía potencial es la energía almacenada por un cuerpo o sistema debido a su posición dentro de un campo de fuerzas.
Por ejemplo, la energía potencial gravitatoria es la energía que almacena un cuerpo por estar dentro del campo gravitatorio de la Tierra. Cuanto más alejado esté su posición del centro de la Tierra (más altura), mayor será su energía potencial gravitatoria.
En general, la energía potencial se representa con el símbolo Ep. Y la unidad de la energía potencial en el Sistema Internacional (SI) es el joule (J).
Formalmente, la energía potencial de un sistema se define como el trabajo que se debe realizar para trasladar dicho sistema de una posición del campo de fuerzas a otra.
En definitiva, la energía potencial es una forma de energía que depende de la posición relativa de un cuerpo dentro de un sistema en el cual actúa un campo de fuerzas. Así pues, como existen diferentes tipos de campos de fuerzas (campo gravitatorio, campo electrostático, etc.), también hay diferentes tipos de energía energía potencial, a continuación veremos cuáles son.
Tipos de energía potencial
Los tipos de energía potencial son:
- Energía potencial gravitatoria.
- Energía potencial elástica.
- Energía potencial eléctrica.
- Energía potencial química.
- Energía potencial nuclear.
A continuación puedes ver cómo se calcula cada tipo de energía potencial.
Energía potencial gravitatoria
La energía potencial gravitatoria es la energía potencial asociada al campo gravitatorio. Es decir, la energía potencial gravitatoria es la energía potencial que adquiere un cuerpo al colocarse en un punto de un campo gravitatorio.
De manera que cuanto más cerca esté el cuerpo de la masa que genera el campo gravitatorio, menor será su energía potencial gravitatoria. Asimismo, cuanto más lejos se sitúe el cuerpo del centro del campo gravitatorio, mayor será su energía potencial gravitatoria.
Para calcular la energía potencial gravitatoria de un cuerpo cerca de la superficie de la Tierra, tenemos que multiplicar su masa por la gravedad por la altura del cuerpo respecto a la superficie. Así pues, la fórmula para calcular la energía potencial de un cuerpo en la superficie de la Tierra es Ep=m·g·h.
Donde:
es la energía potencial gravitatoria, cuya unidad en el Sistema Internacional es el joule (J).
es la masa del cuerpo sobre el cual actúa el campo gravitatorio expresada en kilogramos (kg).
es la aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)
es la altura del cuerpo respecto a la superficie de la Tierra expresada en metros.
Por otro lado, el campo gravitatorio de un planeta también afecta a los otros planetas de su alrededor, por lo que también se puede determinar la energía potencial gravitatoria asociada a un planeta. No obstante, para encontrar la energía potencial gravitatoria de un planeta se debe utilizar otra fórmula:
Donde:
- es la energía potencial gravitatoria, cuya unidad en el Sistema Internacional es el joule.
es la constante de gravitación universal, cuyo valor es 
.
es la masa del cuerpo que crea el campo gravitatorio expresada en kilogramos.- es la masa del cuerpo sobre el cual actúa el campo gravitatorio expresada en kilogramos.
es la distancia entre el cuerpo que crea el campo gravitacional y el cuerpo que recibe el efecto del campo gravitatorio expresada en metros.
Energía potencial elástica
La energía potencial elástica, es la energía acumulada en el interior de un cuerpo deformable por el trabajo realizado por una fuerza elástica.
Es decir, la energía potencial elástica es un tipo de energía potencial que está asociada a la fuerza elástica (o fuerza recuperadora).
Por ejemplo, cuando se comprime o alarga un muelle se almacena energía potencial elástica. De hecho, en física se suelen resolver problemas con muelles para aprender el concepto de la energía potencial elástica.
La fórmula para calcular la energía potencial elástica almacenada en un muelle es la siguiente:
Donde:
- es la energía potencial elástica, cuya unidad en el Sistema Internacional es el joule (J).
es la constante de elasticidad del muelle, cuyas unidades son N/m.
es la distancia respecto a la posición de equilibrio expresada en metros.
Energía potencial eléctrica
La energía potencial eléctrica es la energía potencial que almacena una partícula que se encuentra en un campo eléctrico.
Ten en cuenta que una partícula solo tendrá energía potencial eléctrica si está cargada eléctricamente. Si la partícula no tiene carga eléctrica, su energía potencial eléctrica será nula aunque esté dentro de un campo eléctrico.
La fórmula de la energía potencial eléctrica es la siguiente:
Donde:
- es la energía potencial eléctrica, cuya unidad en el Sistema Internacional es el joule (J).
es la constante de la ley de Coulomb, su valor en el vacío es aproximadamente 9·109 N·m2/C2.
es el valor de la carga puntual que crea el campo eléctrico expresada en culombios (C).
es el valor de la carga puntual sobre la cual actúa el campo eléctrico expresada en culombios (C).- es la distancia que separa las dos cargas eléctricas expresada en metros.
Energía potencial química
La energía potencial química es la energía que se almacena en los enlaces químicos entre los átomos o moléculas. Esta energía se puede transformar en otras formas de energía mediante una reacción química, de este modo se puede aprovechar la energía almacenada.
Por ejemplo, la combustión es una reacción química que permite transformar la energía química en calor, lo que permite aprovechar la energía para calentar o hacer un movimiento.
Asimismo, el cuerpo humano utiliza la energía liberada en las reacciones químicas que se producen en el interior del cuerpo para aprovechar la energía que poseen los alimentos.
Energía potencial nuclear
La energía potencial nuclear es aquella energía potencial que se almacena en el núcleo de los átomos. Así pues, la energía que se desprende al unir o separar núcleos de diferentes átomos se puede aprovechar para diferentes finalidades.
Calcular la energía potencial nuclear de una reacción nuclear es bastante complejo, básicamente debes saber que este tipo de energía se puede obtener de tres maneras diferentes:
- Fusión nuclear: se unen varios núcleos atómicos para formar un núcleo más pesado.
- Fisión nuclear: se divide el núcleo de un átomo en diferentes núcleos más pequeños.
- Desintegración radioactiva: el núcleo de un átomo se desintegra y, por tanto, disipa energía en forma de ondas radioactivas.
Energía potencial y energía cinética
Para terminar, vamos a ver cuál es la diferencia entre la energía potencia y la energía cinética, pues son dos tipos de energías estrechamente relacionadas.
La energía cinética es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento. Es decir, cuando un cuerpo se mueve tiene una determinada energía cinética, de manera que cuanto mayor sea la velocidad del cuerpo, mayor será su energía cinética.
Entonces, la diferencia entre la energía potencial y la energía cinética es que la energía potencial es la energía asociada a la posición de un cuerpo, mientras que la energía cinética es la energía asociada al movimiento de un cuerpo.
Además, la energía potencial y la energía cinética forman la energía mecánica. Es decir, la suma de la energía potencial de un cuerpo más su energía cinética da como resultado su energía mecánica.
