La energía potencial es una forma de energía que poseen los objetos debido a su posición o configuración en un campo de fuerza. Esta energía se puede convertir en energía cinética cuando el objeto se mueve en contra de la fuerza o se libera de la posición en la que se encuentra. Sin embargo, la energía potencial solo es aplicable en el caso de fuerzas conservativas, es decir, fuerzas cuyo trabajo no depende del camino recorrido.
Cómo se conserva la energía potencial
La conservación de la energía potencial está relacionada con la conservación de la energía mecánica. La energía mecánica de un sistema se define como la suma de la energía cinética y potencial de todas las partículas que lo componen. Cuando las fuerzas que actúan sobre una partícula son todas conservativas, su energía mecánica se conserva, es decir, permanece constante.
En el caso de una partícula que se mueve en una pista sin rozamiento, la única fuerza que realiza trabajo sobre ella es el peso. Como el peso es una fuerza conservativa, la energía mecánica de la partícula se conserva a lo largo de todo el recorrido. En este caso, la energía potencial en un punto dado es igual a la energía cinética en otro punto, y la suma de ambas se mantiene constante.
Por ejemplo, en un punto A la partícula puede tener solo energía potencial, mientras que en un punto B puede tener solo energía cinética, pero la suma de ambas se mantendrá constante en todos los puntos de la trayectoria.
Trabajo y energía cuando actúan fuerzas no conservativas
En el caso de que actúen fuerzas no conservativas, como la fuerza de rozamiento, la energía mecánica no se conserva y parte de la energía se disipa en forma de calor.
Para calcular la variación de energía mecánica en presencia de fuerzas no conservativas, es necesario tener en cuenta el trabajo realizado por cada fuerza. El trabajo realizado por una fuerza conservativa se puede calcular como la variación de energía potencial asociada a dicha fuerza.
Por ejemplo, si consideramos el caso de una masa deslizándose por un plano inclinado, podemos variar el ángulo y el coeficiente de rozamiento para observar cómo varía la energía total (suma de la energía potencial y cinética) en cada caso. En presencia de la fuerza de rozamiento, la energía mecánica se pierde y no se conserva.
Cuando la fuerza normal no es conservativa
En ciertos casos, la fuerza normal puede no ser conservativa. En estas situaciones, la energía mecánica del sistema se reparte entre calor y energía mecánica final. La transferencia de energía de un punto A a un punto B no es absoluta, ya que una parte importante de la energía mecánica inicial se pierde en forma de calor.
- ¿Qué es la energía potencial?
- ¿Qué significa que una fuerza sea conservativa?
- ¿Cómo se conserva la energía mecánica en el caso de fuerzas conservativas?
- ¿Qué sucede cuando actúan fuerzas no conservativas?
- ¿Por qué la energía mecánica se pierde en presencia de fuerzas de rozamiento?
La energía potencial solo es aplicable en el caso de fuerzas conservativas, es decir, fuerzas cuyo trabajo no depende del camino recorrido. Cuando todas las fuerzas que actúan sobre una partícula son conservativas, su energía mecánica se conserva. Sin embargo, en presencia de fuerzas no conservativas, como la fuerza de rozamiento, la energía mecánica no se conserva y parte de la energía se disipa en forma de calor.