La energía potencial es la energía ganada por un objeto, simplemente debido a su posición relativa a otros objetos, tensiones dentro de sí mismo, su carga eléctrica u otros factores. Por qué una piedra que cae de un edificio aplasta todo lo que se interpone en su camino. Por qué una flecha se mueve más rápido cuando se lanza con más tensión en la goma. Parece que en estos ejemplos, piedra o flecha tiene algo de energía. ¿De dónde viene esta energía?
Entendamos con un ejemplo.
Tome una banda elástica y jálela en ambos extremos. La banda se estira. Ahora suelte la banda en uno de los extremos. ¿Lo que sucede?
La banda tenderá a recuperar su longitud original. Obviamente, la banda había adquirido energía en su posición estirada. ¿Cómo adquirió energía cuando se estiró?
En las situaciones anteriores, la energía se almacena en el objeto debido al trabajo realizado. La energía transferida al objeto se almacena como energía potencial si no cambia la velocidad o la rapidez del objeto. Transferimos energía cuando estiramos una banda elástica.
La energía transferida a la banda es igual a su energía potencial. La energía potencial que posee el objeto es igual a la energía presente en él en virtud de su posición o configuración.
Un objeto puede ganar energía debido a su posición.
La bola pesada de una máquina almacena energía cuando se mantiene en una posición elevada. Esta energía almacenada de la posición se denomina energía potencial.
En el segundo ejemplo, un arco tenso es capaz de almacenar energía como resultado de su posición. Cuando asume su posición inicial (es decir, cuando no está dibujado), no hay energía almacenada en el arco. Cuando se cambia su posición desde su posición de equilibrio inicial, el arco puede almacenar energía causada por su posición. Esta energía almacenada debido a la posición del objeto se conoce como energía potencial. La energía potencial es la energía almacenada de un objeto causada por la posición que posee.
En este capítulo, leeremos sobre energía potencial, energía potencial gravitacional, fórmulas de energía potencial y resolveremos algunos ejemplos para entender mejor.
La energía de un objeto aumenta cuando se eleva a través de una altura. Esta energía se almacena porque se realiza trabajo sobre el objeto contra la gravedad mientras se eleva. La energía almacenada en tal objeto es igual a la energía potencial gravitacional.
Cuando se realiza trabajo sobre él, la energía puede almacenarse en una entidad. Por ejemplo, estirar una cuerda de goma. La energía que posee un cuerpo bajo su configuración o cambio de posición se conoce como Energía Potencial.
Considere un objeto de masa, m. Se eleva a una altura h del suelo. Para hacer esto se requiere una fuerza. La fuerza mínima requerida para levantar el objeto es siempre igual al peso del objeto, es decir, F = mg.
El objeto almacena energía igual al trabajo realizado sobre él. Suponga que el trabajo realizado sobre el objeto contra la gravedad sea W.
Trabajo realizado, W = fuerza × desplazamiento
W = mg × h
W = mgh
Dado que el trabajo realizado sobre el objeto es igual a mgh, se almacena en el objeto una energía igual a unidades mgh. Esta es la energía potencial (E P ) del objeto.
E p = mgh
Tipos de Energía Potencial
Hay dos tipos principales de energía potencial, y son:
- Energía potencial gravitacional
- Energía potencial elástica
Energía potencial gravitacional
La energía potencial gravitacional de un objeto se define como la energía que posee un objeto que se elevó a cierta altura en contra de la gravedad. Podemos expresar la energía gravitacional con la ayuda del siguiente ejemplo:
Tomemos un objeto de masa m a una altura h del suelo, como se muestra en la figura. Ahora, como sabemos, la fuerza requerida para levantar el objeto es igual a m × g del objeto.
Según la figura, un objeto levantado contra la fuerza de la gravedad. Se realiza una cierta cantidad de trabajo W sobre él.
Trabajo realizado = fuerza × desplazamiento.
Asi que,
ancho = metro × gramo × alto
W = mgh
Según la ley de conservación de la energía, el trabajo realizado sobre el objeto es igual a mgh, la energía ganada por el objeto = mgh, que en este caso es la energía potencial E.
E de un objeto elevado a una altura h sobre el suelo = m×g×h
Energía potencial elástica
La energía potencial elástica es la energía que se almacena en los objetos. Se puede comprimir o estirar, como bandas de goma, trampolín y cuerdas elásticas. El objeto que se puede estirar más, tiene más energía potencial elástica.
Ejemplos:
- Una banda elástica retorcida que impulsa un avión de juguete.
- El arco estirado de un arquero
- Una tabla de conductor doblada justo antes de que un buzo se sumerja en
- Resorte helicoidal de un reloj de cuerda
La energía potencial elástica se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
U = (1/2)kx 2
Dónde,
U es la energía potencial elástica
k es la constante de fuerza del resorte
x es la longitud de estiramiento de la cuerda en m
Problemas de muestra
Problema 1. Encuentra la energía potencial de un objeto de 10 kg de masa cuando se eleva a una altura de 6 m sobre el suelo. Tome, g = 10 ms –2 .
Solución:
Dado
Masa del objeto m = 10 Kg
Altura sobre el suelo h = 6 m
Descubrir
Energía potencial E p =?
Lo sabemos
E p = mgh
mi p = 10 × 10 × 6
E p = 600 J
Problema 2. Una pelota de 22 kg de masa está a cierta altura sobre el suelo. Si la energía potencial del objeto es de 880 J, encuentre la altura a la que se encuentra el objeto con respecto al suelo. Tome, g = 10 ms –2 .
Solución:
Dado,
Masa de la Pelota, m = 22 kg,
Energía potencial, E p = 880 J.
Descubrir
Altura sobre el suelo h = ?
Lo sabemos
E p = mgh
880 = 22 × 10 × altura
h = 880/220
h = 4 metros
La altura del objeto es de 4 m.
Problema 3. Un asteroide se acerca a la tierra. Su altura sobre el suelo es de 1000 km. Su energía potencial estimada es de casi 4× 10 15 J. Averigüe la masa del asteroide.
Solución:
Dado
Energía potencial E p = 3,72 × 10 13 J,
Altura del asteroide, h = 1000Km = 10 6 m
Descubrir:
Masa del asteroide, m =?
Lo sabemos
E p = mgh
3,72 × 10 13 = metro × 10 × 10 6
m= 3.72 × 10 6 kg
La masa del asteroide es 3.72 × 10 6 Kg
Problema 4. Un resorte tiene una longitud de resistencia de 0,7 m. Tome k= 16. ¿Cuál es su energía potencial elástica?
Solución:
Dado
k = 7
Longitud en m = 0,4 m
Descubrir
Energía potencial elástica =?
U = ½ kx 2
U = ½ × 16 × 0,7 × 0,7
U = 3,92 J
Problema 5. Un resorte con constante de fuerza de resorte k= 12 tiene energía potencial elástica de 24 J. Halla su longitud en m.
Solución:
Dado,
k = 12
U = 24J
Longitud en m =?
U = ½ kx 2
24 = ½ × 12 × × 2
x = 2 metros
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA