Todos los estudiantes de física tienen energía potencial, es decir, potencial. Pero aquellos que se toman el tiempo para determinar lo que eso significa en términos de física tendrán más potencial para afectar el mundo que los rodea que aquellos que no lo hacen. Por lo menos, podrán responder a sabiendas a un adulto molesto con un chiste de meme de Internet: "No soy perezoso, estoy lleno de energía potencial".
¿Qué es la energía potencial?

El concepto de energía potencial puede parecer confuso al principio. Pero en resumen, puedes pensar en la energía potencial como energía almacenada. Tiene el potencial para transformarse en movimiento y hacer que algo suceda, como una batería que aún no está conectada o un plato de espagueti que un corredor está a punto de comer la noche anterior a la carrera.

La energía potencial es una de las tres grandes categorías de energía que se encuentran en el universo. Las otras dos son energía cinética, que es la energía del movimiento, y energía térmica, que es un tipo especial de energía cinética no reutilizable.

Sin energía potencial, no se podría ahorrar energía para su uso posterior. Afortunadamente, existe una gran cantidad de energía potencial, y se está convirtiendo constantemente entre sí y la energía cinética, haciendo que las cosas sucedan.

Con cada transformación, parte de la energía potencial y cinética se transforma en energía térmica, también conocida como calor. Eventualmente, toda la energía del universo se convertirá en energía térmica, y experimentará "muerte por calor", cuando no exista más energía potencial. Pero hasta ese momento futuro lejano, la energía potencial mantendrá abiertas las posibilidades de acción.

La unidad SI para la energía potencial, y cualquier otra de energía para el caso, es el joule, donde 1 joule \u003d 1 (newton) (metro).
Tipos y ejemplos de energía potencial

Hay muchos tipos de energía potencial. Entre estas formas de energía se encuentran:

Energía potencial mecánica: también conocida como energía potencial gravitacional, o GPE, se refiere a la energía almacenada por la posición de un objeto en relación con un campo gravitacional, como el que está cerca de la superficie de la Tierra.

Por ejemplo, un libro sentado en la parte superior de un estante tiene el potencial de caerse debido a la fuerza de la gravedad. Cuanto más alto esté en relación con el suelo, y por lo tanto en relación con la Tierra, la fuente del campo gravitacional, más larga será la caída que tiene el potencial de atravesar. Más sobre esto más adelante.

Energía potencial química: La energía almacenada en enlaces moleculares es energía química. Se puede liberar y transformar en energía cinética al romper enlaces. Por lo tanto, cuantos más enlaces haya en una molécula, más energía potencial contiene.

Por ejemplo, al comer alimentos, el proceso de digestión descompone las moléculas de grasas, proteínas, carbohidratos o aminoácidos para que el cuerpo pueda "use that energy to move.", 3, [[Debido a que las grasas son las moléculas más largas con la mayor cantidad de enlaces entre los átomos, almacenan la mayor cantidad de energía.

Del mismo modo, los registros utilizados en una fogata contienen energía potencial química que se libera cuando se queman y los enlaces entre Las moléculas en la madera están rotas. Cualquier cosa que requiera una reacción química para "irse", incluido el uso de baterías o quemar gasolina en un automóvil, contiene energía potencial química.

Energía potencial elástica: Esta forma de energía potencial es la energía almacenada en la deformación de un objeto de su forma normal. Cuando un objeto se estira o comprime desde su forma original, por ejemplo, una banda de goma extraída o un resorte sujeto en una bobina apretada, tiene el potencial de saltar o recuperarse cuando se suelta. O bien, se presiona un cojín blando del sofá con la huella de alguien sentado sobre él para que, cuando se paran, la huella se eleve lentamente hasta que el sofá se vea como antes antes de sentarse.

Energía potencial nuclear: A Gran parte de la energía potencial es almacenada por las fuerzas nucleares que mantienen unidos a los átomos. Por ejemplo, la fuerza nuclear fuerte dentro de un núcleo que mantiene los protones y neutrones en su lugar. Es por eso que es tan difícil dividir los átomos, un proceso que solo ocurre en reactores nucleares, aceleradores de partículas, centros de estrellas u otras situaciones de alta energía.

No debe confundirse con la energía potencial química, el potencial nuclear La energía se almacena dentro de átomos individuales. Como su nombre lo indica, las bombas atómicas representan uno de los usos más agresivos de la energía potencial nuclear de la humanidad.

Energía potencial eléctrica: esta energía se almacena manteniendo las cargas eléctricas en una configuración particular. Por ejemplo, cuando un suéter que tiene muchas cargas negativas acumuladas se acerca a un objeto positivo o neutro, tiene el potencial
de causar movimiento al atraer cargas positivas y repeler otras cargas negativas.

Cualquier partícula cargada que se mantenga en su lugar en un campo eléctrico también tiene energía eléctrica potencial. Este ejemplo es análogo a la energía potencial gravitacional en que la posición de la carga en relación con el campo eléctrico es lo que determina su cantidad de energía potencial, al igual que la posición de un objeto en relación con el campo gravitacional determina su GPE.
Fórmula de energía potencial gravitacional

La energía potencial gravitacional, o GPE, es uno de los pocos tipos de energía para los que los estudiantes de física de secundaria suelen realizar cálculos (otros son energía cinética lineal y rotacional). Es el resultado de la fuerza gravitacional. Las variables que afectan la cantidad de GPE que tiene un objeto son la masa m, la aceleración debida a la gravedad g
y la altura h.

GPE \u003d mgh

Donde el GPE se mide en julios (J), masa en kilogramos (kg), aceleración debido a la gravedad en metros por segundo por segundo (m /s ^{2) y altura en metros (m ).}

Tenga en cuenta que en la Tierra, g
se trata como siempre igual a 9.8 m /s ^{2. En otros lugares donde la Tierra no es la fuente local de aceleración gravitacional, como en otros planetas, g
tiene otros valores.}

La fórmula para GPE implica que cuanto más masivo es un objeto o cuanto más alto se coloca, más energía potencial contiene. Esto a su vez explica por qué un centavo caído desde la parte superior de un edificio irá mucho más rápido en la parte inferior que uno caído del bolsillo de una persona justo encima de la acera. (Esto también es una ilustración de la conservación de la energía: a medida que el objeto cae, su energía potencial disminuye, por lo que su energía cinética debe aumentar en la misma cantidad para que la energía total permanezca constante).

Inicio a una altura más alta significa que el centavo acelerará hacia abajo durante una distancia más larga, lo que resultará en una velocidad más rápida al final del viaje. O, para seguir moviéndose a una distancia más larga, el centavo en el techo debe haber comenzado con más energía potencial, que la fórmula de GPE cuantifica.
Ejemplo de GPE

Clasifique los siguientes objetos de mayor a menor potencial gravitacional energía: