Energía potencial – Física –

Existe una forma de energía, asociada a los cuerpos, que, dependiendo de la posición en la que se encuentre el cuerpo en relación a un marco de referencia o de las propiedades elásticas del propio cuerpo, hace que éste almacene energía para realizar un trabajo. Esta es la energía potencial!

El término energía potencial, o incluso energía de posición, fue creado por Willian Rankine en 1853.

Sin embargo, no todas las formas de energía que existen pueden ser potenciales. La razón de esto es porque hay fuerzas conservadoras y fuerzas disipativas.

Las fuerzas conservadoras son aquellas donde:

• a) el trabajo es independiente de la trayectoria; y
• b) si el cuerpo abandona la posición inicial y vuelve a ella (circuito cerrado), el trabajo total realizado por la fuerza conservadora sobre el cuerpo es nulo.

La fuerza disipativa es la que no cumple con el punto (b) descrito anteriormente, es decir, el trabajo total en circuito cerrado no será nulo. ¡Para que haya energía potencial, las fuerzas deben ser conservadoras!

Para comprender la diferencia entre estas dos fuerzas, supongamos que una fuerza conservadora actúa sobre un cuerpo. Sea el trabajo (externo) τ_ext realizado por esta fuerza conservadora para acumular energía potencial en el cuerpo y, ya sea trabajo (interno) τ_{En t} realizado por el cuerpo para gastar esta energía potencial recibida en otra forma de energía. Si la energía potencial se transforma totalmente en otra forma de energía, que genera trabajo nuevamente (sistema conservador), el trabajo externo adquirido se gastará totalmente también en forma de trabajo (el interno). De esta forma,

Así, sumando el trabajo interno y externo, la suma será nula. El signo negativo se debe a la pérdida de energía por parte del cuerpo, ya que gana energía potencial (+ τ_ext) y luego lo gasta por completo (- τ_{En t}). Como la energía es una cantidad escalar, no un vector, esta transformación de energía potencial en otra, sin pérdidas, es independiente de la trayectoria, siempre que el cuerpo vuelva a su posición inicial, como se ve en el ítem (a).

Supongamos ahora un cuerpo bajo los efectos de una fuerza disipativa. el trabajo exterior τ_ext hecho para acumular energía potencial en el cuerpo no se gastará completamente en forma de trabajo interno. τ_{En t}. Si el trabajo externo se gasta totalmente, una parte será en forma de trabajo interno y la otra parte en otras formas de energía que no generan trabajo. Los llamaremos energía disipada Y_dis. Entonces tenemos

De esta forma, la suma del trabajo interno y externo ya no será cero.

Ejemplos de fuerzas conservadoras son fuerza elástica, fuerza gravitacional, fuerza electrostática, etc. Ejemplos de fuerzas disipativas son la fuerza de fricción, la fuerza de arrastre, etc.

En mecánica, el Energía potencial gravitacional y el energía potencial elástica. En electrodinámica, el energía potencial eléctrica (o potencial eléctrico).