La energía potencial se define como la energía almacenada en un cuerpo debido a sus propiedades físicas como la masa del objeto o la posición del objeto. Es la fuerza que un cuerpo podría desarrollar potencialmente cuando se pone en movimiento. Hay diferentes formas de energía potencial, como la energía potencial elástica, la energía potencial gravitatoria, la energía potencial eléctrica (electromagnética) y la energía potencial nuclear. La energía potencial de un objeto es directamente proporcional a la masa, la altura o la posición vertical del objeto.
¿Qué es la energía potencial gravitacional?
La energía potencial gravitacional de una partícula en un punto se define como el trabajo realizado por un agente externo al mover el objeto desde el infinito hasta ese punto contra el campo gravitatorio. Es igual al producto del potencial en el punto debido al cuerpo y la masa del cuerpo.
Por ejemplo, un objeto colocado sobre una superficie plana exhibe energía potencial gravitacional debido a su posición sobre la superficie.
Fórmula de energía potencial gravitacional:
Considere que un objeto de masa m se levanta en un campo gravitatorio uniforme, a una altura de h.
Por lo tanto, el peso del objeto, en este caso, se da como,
w = miligramos
donde m es la masa del objeto y g es la aceleración de la gravedad.
Ahora, si el cuerpo se levanta con una velocidad uniforme tal que este trabajo requerido para levantar el objeto se proporciona al objeto como energía potencial gravitacional (E g ) . Además, como el objeto se levanta con una velocidad uniforme, tanto las fuerzas de elevación como las fuerzas normales se equilibran entre sí. Esto implica:
F = mg
Dado que el objeto se eleva a la altura h, el trabajo realizado se da como:
W = mgh
Además, el cuerpo se eleva a una velocidad constante, por lo que el trabajo necesario para levantar el cuerpo es igual a la ganancia de energía potencial gravitatoria del cuerpo debido a su ascenso.
Por lo tanto, la energía potencial gravitatoria es,
Eg = mgh
Por lo tanto,
- La unidad SI de energía potencial gravitacional es J/kg (julio por kilogramo).
- La fórmula dimensional de la energía potencial gravitatoria es [M 0 L 2 T -2 ].
¿Qué es la energía potencial elástica?
Cuando un objeto se deforma físicamente, gana energía potencial elástica. Las moléculas que componen un material son empujadas para alejarse de sus posiciones de equilibrio cuando se estira un objeto. Si el material es elástico, las moléculas intentarán volver a sus posiciones originales. Esto permite que el objeto funcione de manera efectiva.
En consecuencia, decimos que un material elástico tiene energía potencial elástica cuando se deforma. Cuando se estira un resorte o una banda elástica, por ejemplo, gana energía potencial elástica.
Fórmula de energía potencial elástica:
Dado que la fuerza requerida para estirar un resorte con la constante de resorte k hasta un desplazamiento x está dada por,
F = kx
Entonces la energía potencial elástica en el sistema de resortes es,
U = ½ kx 2
Por lo tanto,
- La unidad SI de energía potencial elástica es Joule (J).
Diferencia entre energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica
| Energía potencial gravitacional | Energía potencial elástica |
| La energía potencial gravitacional de una partícula en un punto se define como el trabajo realizado por un agente externo al mover el objeto desde el infinito hasta ese punto en contra del campo gravitatorio. Es igual al producto del potencial en el punto debido al cuerpo y la masa del cuerpo. | La energía potencial elástica es la energía almacenada en un objeto que se utiliza para estirar o comprimir el objeto. Es la capacidad de un objeto para volver a su forma original después de eliminar todas las fuerzas externas. Se sabe que la fuerza requerida para estirar una barra elástica es proporcional a la longitud de la barra. La constante de proporcionalidad se conoce como constante de resorte y se denota por U. |
|
Matemáticamente se define como, E g = mgh. donde m es la masa, g es la aceleración de la gravedad y h es la altura. |
La fórmula para calcular la energía potencial elástica es U = ½ kx 2 . donde K es la constante de resorte y x es el alargamiento. |
| Depende de la masa del objeto. | No depende de la masa del objeto. |
| Se debe a la fuerza gravitacional. | Se debe a la fuerza electrostática. |
| Depende de las masas y la distancia entre el objeto. | Solo depende de la constante del resorte y la longitud estirada depende de la naturaleza del material. |
| siempre es negativo | siempre es positivo |
| Es máximo en la superficie del objeto. | Es máxima la masa a la altura mínima. |
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Cuál es la energía potencial gravitatoria de un objeto con una masa de 6,25 kgs. La distancia entre los objetos es de 340 m.
Solución:
Dado que,
La masa del objeto m = 6,25 kg,
Altura, h = 340 m.
Ya que,
Eg = mgh
= 6,25 × 9,8 × 340
= 18,375 J
Problema 2: Dos objetos con masas de 6 × 10 20 kg y 3 × 10 9 kg se mantienen a una distancia de 1200 km uno del otro. ¿Encuentra la energía potencial gravitatoria?
Solución:
Dado que,
La masa del objeto 1 M = 6 × 10 20 kg
La masa del objeto 2 m = 3 × 10 9 kg
La distancia entre ellos r = 1200 kmYa que,
F = – GMm/r
= – 6,67 × 10 -11 × 6 × 10 20 × 3 × 10 9 /1200000
= 10 × 10 13
= 10 14J
Problema 3: Sea un resorte alargado a 20 cm por una fuerza aplicada desde su posición de equilibrio con constante de resorte k = 0.1 N/m. ¿Encuentra la energía potencial almacenada en la primavera?
Solución:
Dado que,
Muelle alargado x = 20 cm = 0,2 m
Constante de resorte k = 0,1 N/m
La energía potencial almacenada en el resorte es
U = 1/2 kx 2
= 1/2 × 0,1 × (0,2) 2
= 0,1 × 0,1 × 0,2
= 0,002 J
Problema 4: James estira un resorte con una constante de resorte de 150 N/m. Estira el resorte a 50 cm. ¿Cuál será la energía potencial elástica en el resorte?
Solución:
Dado que,
Muelle alargado x = 50 cm = 0,5 m
Constante de resorte k = 150 N/m
La energía potencial elástica del resorte es
U = 1/2 kx 2
= 1/2 × 150 × 0,5 × 0,5
= 18,75 J
Pregunta 5: Un alambre se alarga desde su longitud original de 4 m hasta 6 m con una constante elástica de 200 N/m. ¿Encuentre la energía potencial elástica almacenada en el resorte?
Solución:
Dado que,
Resorte alargado x = 6 m – 4 m = 2 m
Constante de resorte k = 200 N/m
La energía potencial almacenada en el resorte es,
U = 1/2 kx 2
= 1/2 × 200 × 2 × 2
= 400J
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Artículo escrito por madireddykavya1 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA