Energía potencial

Campos de fuerzas conservativos, funciones de energía potencial gravitatoria y elástica.

Idea general del tema

La energía potencial es la energía asociada a la posición o configuración de un sistema bajo una fuerza conservativa. El trabajo de esa fuerza no depende del camino, solo de los puntos inicial y final, y es igual a menos la variación de la energía potencial.

El tema estudia dos casos: la energía potencial gravitatoria, mgh cerca de la superficie, que depende de la altura respecto de un nivel de referencia, y la energía potencial elástica, ½kx² en un resorte, que depende de su deformación.

Qué vas a comprender de verdad

Al terminar sabrás calcular la energía potencial de ambos tipos, escoger un nivel de referencia conveniente y relacionar la fuerza con la pendiente de la energía potencial.

También sabrás que solo importan las variaciones de la energía potencial, no su valor absoluto.

Ruta didáctica recomendada

1. Energía potencial gravitatoria: U = mgh, nivel de referencia y trabajo del peso en subidas y bajadas.
2. Energía potencial elástica: U = ½kx², gráfica parabólica y trabajo del resorte.

Criterio físico que debes adquirir

El criterio esencial es fijar el nivel de referencia al principio y mantenerlo en todo el problema: el valor de U cambia al moverlo, pero ΔU no. La energía elástica depende del cuadrado de la deformación y por eso no distingue entre estirar y comprimir. La fuerza es F = −dU/dx.

Conexión con problemas reales

• presas y centrales hidroeléctricas.
• resortes, amortiguadores y trampolines.
• saltos y lanzamientos.
• almacenamiento de energía.

Objetivo final del tema

El objetivo final es calcular energías potenciales y usarlas para resolver problemas de movimiento sin conocer las fuerzas en cada instante.