La energía potencial gravitacional es adquirida por un objeto cuando se ha movido contra un campo gravitacional. Por ejemplo, un objeto elevado por encima de la superficie de la Tierra ganará energía, que se liberará si se permite que el objeto vuelva a caer al suelo. Para que un objeto se levante verticalmente hacia arriba, se debe trabajar contra la fuerza de gravedad hacia abajo. Este trabajo luego se almacena como energía potencial gravitacional. Cuando el objeto se suelta y cae hacia la Tierra, el potencial se convierte en energía cinética o movimiento.
Un péndulo es un buen ejemplo de la relación entre el potencial gravitacional y la energía cinética. En su punto más alto, el péndulo solo tiene energía potencial. A medida que desciende, esta se convierte en energía cinética, alcanzando un máximo en su punto más bajo, donde no tiene energía potencial. A medida que vuelve a subir, la cinética se convierte en energía potencial.
La cantidad de energía potencial que posee un objeto depende de la masa o el peso del objeto, su altura sobre la superficie y la fuerza del campo gravitacional. Si los otros factores son los mismos, un objeto pesado tendrá más energía potencial gravitacional que un objeto más liviano. Un objeto a 1 milla (1.6 km) en el cielo tendrá más energía que el mismo objeto a 1 pie (30.48 cm) de la superficie. En la Luna, que tiene un campo de gravedad más débil que la Tierra, un objeto tendrá menos energía potencial que el mismo objeto a una altura similar sobre la Tierra.
Calcular la energía potencial gravitacional
La energía potencial de un objeto se puede calcular como la masa del objeto, multiplicada por la fuerza gravitacional, multiplicada por la altura del objeto sobre un punto dado. Ese punto podría ser la superficie de la Tierra o podría ser el piso de una habitación. De hecho, el potencial se puede calcular para cualquier punto debajo del objeto.
La fuerza gravitacional generalmente se expresa como la aceleración experimentada por un objeto al que se le permite caer libremente, sin tener en cuenta los efectos de la resistencia del aire o la fricción. Aunque la fuerza del campo gravitacional en la superficie de la Tierra varía de un lugar a otro, las variaciones son tan pequeñas que son casi insignificantes. En física, por lo tanto, la aceleración debida a la gravedad cerca de la superficie de la Tierra generalmente se considera una constante, con un valor de aproximadamente 32 pies (9.8 metros) por segundo por segundo (pies / s2 om / s2). Por lo tanto, una fórmula simple de energía potencial para un objeto elevado desde la superficie de la tierra podría establecerse de la siguiente manera:
energía potencial = masa del objeto en libras × 32 × altura del objeto en pies o energía potencial = masa del objeto en kilogramos × 9.8 × altura del objeto en metros
Esta fórmula funciona bien para objetos cercanos a la superficie de la Tierra. Se puede adaptar fácilmente para hacer frente a escenarios similares en otros campos gravitacionales, por ejemplo en la Luna o en Marte, cambiando el valor de la fuerza gravitacional en consecuencia. Sin embargo, dado que la fuerza de cualquier campo gravitacional disminuye con la distancia desde su fuente, esta fórmula solo funcionará para objetos relativamente cercanos a la superficie de una fuente de gravedad, donde la reducción de la fuerza gravitacional es demasiado leve para ser importante. Para objetos relativamente distantes de una superficie, se debe tener en cuenta la masa de la fuente de gravedad y la distancia desde su centro al objeto.
Utiliza materiales de
Probablemente el uso más importante de la energía potencial gravitacional sea la energía hidroeléctrica. Aquí, la energía potencial del agua en un lago o embalse ubicado muy por encima de una planta de energía se explota para generar electricidad. Se permite que el agua descienda del depósito, convirtiendo el potencial en energía cinética, y el movimiento del agua impulsa una turbina, que genera una corriente eléctrica. Durante períodos de baja demanda, la planta de energía puede tener un exceso de electricidad, que puede usarse para bombear agua de regreso al depósito, acumulando más energía potencial.
Otra aplicación son los contrapesos, que se utilizan en varios dispositivos mecánicos. Por ejemplo, algunos tipos de ascensor emplean un contrapeso de tal manera que desciende cuando la cabina del ascensor asciende y viceversa. Cuando el automóvil sube, la energía potencial del contrapeso se convierte en energía cinética a medida que desciende, de modo que ayuda a tirar del automóvil hacia arriba, reduciendo la cantidad de trabajo que debe realizar el motor que impulsa el dispositivo. A medida que la cabina del ascensor desciende, ayudada por la gravedad, el contrapeso vuelve a subir y gana energía potencial.