Energía potencial

Energía Potencial. Fuerzas Conservativas y Fuerzas no Conservativas. Se utiliza la palabra energía, para describir la capacidad de un objeto o un sistema para hacer trabajo. Por lo tanto, la energía total de un sistema es la cantidad total de trabajo que se puede hacer que éste realice sobre los alrededores y tiene las mismas unidades que el trabajo (Joules1 [J]). Existen diversas manifestacionesde la energía. Por ejemplo, la energía térmica, eléctrica, química, nuclear, mecánica, etc... Y se ha demostrado que de alguna u otra manera la energía puede cambiarse de una manifestación a otra y es posible establecer una equivalencia cuantitativa entre todas las formas que se presente, como se discutirá más adelante cuando se defina el principio de conservación de la energía. Por el momento selimitará este estudio a la conceptualización de la energía mecánica. Hasta ahora se ha demostrado que la energía cinética de un sistema puede igualarse a la cantidad de trabajo que puede hacer el mismo antes de quedar en reposo. Es decir, que la energía cinética (Uc) se manifiesta siempre que un sistema esté en movimiento. Esta energía se clasifica como una forma de la energía mecánica. Sinembargo, existe otra forma de energía mecánica que también puede hacer trabajo, y esta se refiere al trabajo que puede efectuar un sistema debido a la posición que guarde respecto a un marco de referencia. Por ejemplo, un objeto colocado a cierta altura sobre la superficie terrestre puede realizar trabajo sobre sus alrededores al bajar desde su posición original hasta la superficie, suponiendo que elmovimiento es tan lento que no se provoca cambio en la velocidad y no adquiere energía cinética. A la cantidad de trabajo que pueda un objeto hacer bajo estas condiciones se le llama energía potencial. Por lo que la energía potencial de una masa que se encuentra a una distancia z sobre la superficie terrestre es:
U P = mgz

(1)

La energía potencial al asociarse a una cantidad de trabajo tienela unidades de [J] en el sistema internacional y de [lb-pie] en el sistema inglés. Otro ejemplo muy claro de energía potencial es el caso de un resorte. A un resorte al cual se le ha modificado su posición de equilibrio (ya sea comprimiéndolo o estirándolo) se le ha introducido cierta cantidad de trabajo, ya que se ha necesitado aplicar una fuerza (F=kx) para desplazarlo desde su posición iniciala su posición final. Suponga que bajo la condición anterior al resorte se le coloca un seguro o tope que no le permite cambiar su estado deformado a su estado de equilibrio. Bajo esta condición se dice que el resorte está almacenando energía y una vez que se deje libre, será capaz de restituir a los alrededores una cantidad de trabajo igual a la que en un principio se le aplico a él paradeformarlo, es decir, el resorte tiene una cantidad de trabajo potencial (energía potencial) que en un momento determinado puede desarrollar. Es importante mencionar que en los dos casos anteriores se habla de que el los sistemas tienen cierta cantidad de energía potencial y en ambos casos bastaría calcular la cantidad de trabajo que el sistema puede realizar en
1

El nombre de la unidad es Joule, peropara abreviarlo Usted deberá utilizar J

1

jgbs

función de la posición que guarde el sistema respecto al marco de referencia. En ambos casos la energía potencial sólo es función de la posición del cuerpo. Las expresiones resultantes para la energía potencial, que dan directamente la energía del objeto, también están muy relacionadas con las fuerzas que actúan sobre el objeto, ya que sonéstas las que en el último de los casos determinan cuánto trabajo puede hacerse sobre los alrededores. Si la fuerza que actúa sobre el sistema permite la determinación directa de la energía potencial a este tipo de fuerzas se les llama fuerzas conservativas. Sin embargo, existen determinados tipos de fuerza que no pueden asociarse a una energía potencial de forma única. El ejemplo más claro es...