BLOQUE 4. Energía

3.2. Energía potencial y trabajo

Veamos el concepto de energía potencial.

Si un sistema acumula energía de alguna forma, va a poder realizar un trabajo eventualmente, cuando utilice esta energía.  A esta energía que se ha acumulado o almacenado en el sistema la llamamos energía potencial. Hay distintas formas de acumular energía en un sistema.

Algunos ejemplos de energía acumulada:

• una pila (que acumula energía química, es decir, un tipo de energía que se transforma en energía eléctrica para generar una corriente eléctrica en un circuito),
• un resorte (que al comprimirlo o estirarlo acumula energía potencial elástica),
• un par de imanes (que colocados frente a frente los dos polos que se repelen acumulan energía potencial magnética), y finalmente, lo que más nos interesa en este momento:
• un objeto elevado, que al ser elevado en contra de la gravedad acumula energía potencial gravitatoria.

En todos los casos, esa energía se puede liberar y utilizarse para realizar un trabajo. Si soltamos el resorte, la energía potencial elástica acumulada se transforma en movimiento del resorte. Si soltamos los imanes, la energía potencial magnética acumulada en la repulsión entre los polos se libera separando a los imanes (o dando vuelta uno para que interactúen por los polos que se atraen). Si soltamos el objeto elevado, la energía potencial gravitatoria acumulada por estar elevado se libera y el objeto comienza a desplazarse hacia abajo, es decir, cae.

Como por acción de una fuerza (el peso) el cuerpo se desplaza (hacia abajo) estamos frente a un trabajo mecánico.  Y entonces decimos que el objeto, al caer, tiene energía cinética. ¿De dónde vino esta energía? Pues de haber elevado el objeto a una cierta altura. El trabajo para llevarlo a ese punto  implicó una transferencia de energía que se acumuló como energía potencial gravitatoria.

Conociendo ahora el concepto de energía potencial gravitatoria podemos completar el análisis: la energía potencial gravitatoria, que estaba acumulada en el cuerpo por estar elevado, es la energía que utiliza el cuerpo cuando cae y que lo hace mover (es decir, le hace ganar al cuerpo energía cinética). Es la “energía” que se utiliza para realizar el trabajo mecánico de la caída provocando el movimiento del cuerpo.

¿De qué depende la cantidad de energía potencial que acumula un cuerpo por estar elevado?

Depende de 3 variables: de la masa del cuerpo, de la altura a la que está elevado y la gravedad (que dependerá del planeta en el que se encuentra el cuerpo). Si llevamos dos cuerpos de distinta masa hasta la misma altura, el cuerpo de mayor masa acumulará más energía potencial gravitatoria, solamente por su mayor masa. De la misma manera, un cuerpo acumulará más energía potencial gravitatoria mientras más alto sea elevado.

¿Cómo calculamos la energía potencial gravitatoria?

La expresión matemática de la energía potencial gravitatoria (Ep):

Ep = m . g . h

Donde m es la masa, g es la constante de gravedad y h es la altura entre el punto que nos interesa analizar y una altura de referencia (por ejemplo, el suelo).

¿Se acuerdan del ejemplo de las cajas del supermercado?

Para ver el cálculo en nuestro ejemplo hagan click acá.