ENERGÍA POTENCIAL

La energía potencial es una cantidad que da cuenta del trabajo que un objeto o sistema potencialmente puede realizar en función de su posición en un determinado campo de fuerzas.

Por lo tanto podemos considerar que la energía potencial estará almacenada en ese sistema, lista para ser usada para realizar un trabajo cuando las circunstancias del entorno lo faciliten.

Las fuerzas de rozamiento provocan que la energía se disipe en forma de calor, por lo que no pueden dar pie a ninguna energía potencial. Para esas fuerzas la energía se desparrama, con lo que no puede localizarse en función del punto, y no puede reutilizarse.

En cambio, para las fuerzas que dependen únicamente de la posición, también denominadas fuerzas centrales (ya que solamente dependen del módulo del radio vector), podemos obtener siempre la energía potencial. Todo el trabajo que se puede realizar a cuenta de esta energía puede ser útil (dirigido y concentrado, punto a punto). Son fuerzas centrales todas las que dependen inversamente del cuadrado de la distancia, como la gravitatoria y la eléctrica. También es una fuerza central la recuperadora elástica, que da cuenta del poder de recuperación de un objeto atado a un muelle al ser desplazado de su posición de equilibrio.

Las fuerzas para las que se puede hallar la energía potencial se denominan fuerzas conservativas, ya que todo el trabajo que puedan realizar es útil.

Cuando un cuerpo en un campo de fuerzas conservativo se desplaza de A a B sufre una variación en su energía potencial que es igual a la que tenía en A menos la que tenga en B.

Puedes observar como la energía potencial, en su definición, se corresponde con la primitiva de la fuerza evaluada en el punto, según la regla de Barrow, pero corregida por un signo menos delante. En la expresión de abajo podemos ver, por contra, cómo se halla la fuerza a partir de la energía potencial. El triángulo invertido simboliza un vector en el que cada componente es la derivada de la energía potencial respecto a cada coordenada.

Apreciarás que el trabajo realizado por un fuerza conservativa da cuenta siempre de una diferencia de energías, entre un punto inicial y uno final. Eso significa que para obtener la energía en un punto necesitamos conocerla, al menos, en otro punto. Por eso es que para poder calcular la energía potencial en cualquier punto del espacio de puede asignar un punto cualquier en el que la energía potencial tenga un valor dado, y tomarlo como referencia. Así, por ejemplo:

·    si se quiere calcular la energía potencial gravitatoria de un cuerpo por la altura a la que está, se suele tomar como referencia que la energía potencial sobre la superficie de la Tierra es 0. En ese caso la fuerza es el peso que tiene el cuerpo dado su masa m y la constante de la gravedad g. Por lo que su energía potencial será directamente U = mgh.

·    pero si se quiere calcular la energía potencial de un cuerpo sometido a la fuerza de atracción de un planeta, donde deberemos considera la ley de la gravitación universal, entonces se suele convenir que la energía potencial de referencia se fije igual a 0 en el infinito.

La energía potencial U es igual al trabajo que se debe hacer, frente al campo creado por una fuerza F, para mover un objeto desde punto de referencia donde U = 0, hasta la posición r. La fuerza que se debe ejercer para moverlo deberá ser, por lo tanto,  igual pero de sentido opuesto, y ello es el origen del signo negativo.