6. Energía potencial.
Recordamos de cursos pasados:
"la energía mide la capacidad de un objeto para producir cambios. Uno de los principales tipos de energía es la energía potencial gravitatoria.
Los objetos al estar situados a cierta altura (ahora diríamos en un campo gravitatorio) tienen una energía que pueden utilizar en adquirir velocidad, arrastrar a otro, adquirir temperatura por rozamiento, romperse etc. A más altura, más energía.
Llegabamos a esta expresión:
Ep = m . g. h
La energía potencial se mide en el Sistema Internacional en Joules".
En la superficie terrestre g=9,8, en la Luna g=1,6 etc siempre en el Sistema Internacional.
CUATRO CUESTIONES QUE NO PODEMOS OLVIDAR:
1ª Cuestión.
Podemos tomar cualquier punto como referencia para medir la altura. El lugar que tomamos como h=0, altura 0 lo decidimos nosotros al comenzar nuestro problema. No es necesario que sea el nivel del mar, en nivel del suelo o el nivel del tejado. Cualquiera nos sirve.
Podemos situar el nivel de energía potencial 0, el nivel de altura 0, donde nosotros queramos y mantenerlo ahí durante todo el problema.
Los valores de energía potencial están referenciados a un nivel que tomamos como 0 y que dependiendo del problema puede ser uno u otro.
Para tomar un valor 0 de energía potencial en el Universo se suele tomar un punto muy alejado de nuestro problema, a una distancia infinita. En este punto la energía potencial gravitatoria es 0.
2ª Cuestión. Cálculo de trabajos de elevación o descenso.
La energía potencial sirve para calcular el trabajo que se realiza al levantar o descender objetos. Para conocer el gasto eléctrico de una grúa, la producción de una central hidroeléctrica, la potencia de un ciclista escalador nos basta con conocer las energías potenciales iniciales y finales. El trabajo que se realiza o recibe es:
W = Ef - Ei y con la fuerza F.d.cos
Si la altura final es mayor se realiza trabajo W positivo
Si la altura final es menor se recibe trabajo W negativo
3ª Cuestión. Cambio de energía potencial a cinética.
En los movimientos la energía potencial se va transformando en energía cinética y viceversa. El valor de la energía total del objeto puede disminuir por el rozamiento (como en el tobogán del aquapark) o aumentar como en el caso del ciclista que sube una pendiente. Si el objeto tiene muy poco rozamiento y no es empujado por fuerzas externas mantiene su energía total.
En los problemas de esta lección es muy frecuente este caso. Ausencia de rozamiento y de motores externos implican que la energía total se mantiene. En este caso la energía cinética se transforma en potencial y viceversa sin pérdida. Esto nos viene muy bien para realizar complicados cálculos espaciales.
Eci + Epi = Ecf + Epf
Por ejemplo podemos calcular la velocidad necesaria para lanzar un objeto a una altura casi infinita es decir la velocidad de escape.
4ª Cuestión. ¿Que hacemos a distancias grandes?
En esta lección normalmente vamos a realizar cálculos en los que aparecen alturas grandes, es decir alturas en los que el valor de la gravedad va disminuyendo. Es decir tenemos que realizar problemas de energía cinética y potencial en los que el valor de g va cambiando con la altura.
Es evidente que no podemos utilizar un valor fijo del tipo 9,8 m/s2.. Podríamos dividir el problema en diferentes partes y en cada una utilizar el valor de g correspondiente pero así no acabaríamos nunca.
Los científicos buscaron una expresión para la energía potencial que pudiéramos usar a cualquier a cualquier altura. esta expresión debería dar buenos resultados cuando resolvamos cuestiones como las planteadas en el punto 2 y 3. La deducción es complicada pero la puedes encontrar en los libros de texto:
Ep = - G .M.m/d
Donde G es la constante de Newton y M el objeto que crea el campo gravitatorio. En d ponemos la distancia entre los centros de los dos objetos. No confundir con la altura h.
La energía potencial calculada así tiene un valor siempre negativo y alcanza el valor 0 cuando los objetos están infinitamente separados.
Es un poco raro pero se sigue manteniendo que los objetos al caer disminuyen su energía potencial (se hace mas negativa).
Unos vídeos espectaculares:
http://www.youtube.com/watch?v=NSVJEdZ1Jkc&feature=related
algunos de estos videos son falsos:.
Pero muestras de meteoritos espectaculares los podemos encontrar en la red:
o este que cayó en Siberia:Con muchas probabilidades la extinción masiva de los dinosaurios se produjo por la caída de uno o varios meteoritos hace 65 millones de años.
