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ENERGIA POTENCIAL

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Los carros de una montaña rusa alcanzan su máxima energía potencial gravitacional en la parte más alta del recorrido. Al descender, ésta es convertida en energía cinética, la que llega a ser máxima en el fondo de la trayectoria (y la energía potencial mínima). Luego, al volver a elevarse debido a la inercia del movimiento, el traspaso de energías se invierte. Sise asume una fficción insignificante, la energía total del sistema permanece constante.

En un sistema físico, la energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.

Másrigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

ENERGÍA POTENCIAL ASOCIADA A CAMPOS DE FUERZAS

Laenergía potencial puede definirse solamente cuando la fuerza es conservativa. Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son "no conservativas" entonces no se puede definir la energía potencial, como se verá a continuación. Una fuerza es conservativa cuando se cumple alguna de las siguientes propiedades:

▪ El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del caminorecorrido.
▪ El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
▪ Cuando el rotor de la fuerza es cero.
Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes (es decir, que cualquiera de ellas implica la otra).

CLASES DE ENERGIAS POTENCIALES

Energía potencial gravitatoria

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La fuerza gravitatoria mantiene a los planetas en órbita en torno al solEste tipo de energía está asociada con el grado de separación entre dos cuerpos, los cuales se atraen mediante fuerza gravitacional.

▪ Caso general. La energía potencial gravitatoria VG de una partícula material de masa m situada dentro del campo gravitatorio terrestre viene dada por:
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Donde:

[pic], distancia entre la partícula material y el centro de la Tierra.[pic], constante universal de la gravitación.
[pic], masa de la Tierra.
Esta última es la fórmula que necesitamos emplear, por ejemplo, para estudiar el movimiento de satélites y misiles balísticos:

Cálculo simplificado. Cuando la distancia recorrida por un móvil h es pequeña, lo que sucede en la mayoría de las aplicaciones usuales (tiro parabólico, saltos de agua, etc.),podemos usar el desarrollo de Taylor a la anterior ecuación. Así si llamamos r a la distancia al centro de la tierra, R al radio de la Tierra y h a la altura sobre la superficie de la Tierra tenemos:

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Donde hemos introducido la aceleración sobre la superfice:

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Por tanto la variación de la energía potencial gravitatoria al desplazarse un cuerpo de masa m desde unaaltura h1 hasta una altura h2 es:

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Dado que la energía potencial se anula cuando la distancia es infinita, frecuentemente se asigna energía potencial cero a la altura correspondiente a la del suelo, ya que lo que es de interés no es el valor absoluto de V, sino su variación durante el movimiento.

Así, si la altura del suelo es h1 = 0, entonces la energía potencial a unaaltura h2 = h será simplemente VG = mgh.

ENERGÍA POTENCIAL ELECTROSTÁTICA

La energía potencial electrostática de un sistema formado por dos partículas de cargas q y Q situadas a una distancia r una de la otra es igual a:

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Siendo K una constante universal o constante de Coulomb cuyo valor aproximado es 9×109 (voltios·metro/culombio). K = 1 / (4πε) donde ε es la...
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