Energía potencial gravitacional: definición, fórmula y ejemplos

¿Qué es la energía potencial gravitacional?

Algunos tipos de energía son fáciles de imaginar. Un objeto que se mueve rápidamente tiene más movimiento o energía cinética que un objeto que se mueve lentamente. Se dice que un niño que corre en un patio de recreo tiene mucha “energía”.

Pero según la física, la energía no se crea ni se destruye. A esto se le llama conservación de energía . Cuando un automóvil en movimiento va cuesta arriba y frena hasta detenerse debido a lo empinado que es, ¿adónde va esa energía? O cuando levanta una caja del suelo usando energía en los músculos de su brazo, ¿qué sucede con esa energía?

La respuesta es que se convierte en energía potencial gravitacional. La energía potencial gravitacional , o GPE , es como la energía de altura. Cuanto más alto se coloca un objeto, más GPE tiene. Esto puede parecer extraño, pero hay cierta lógica de por qué debe existir.

Por qué debe existir GPE

¿Cómo sabemos que las cosas tienen energía solo por su altura? Bueno, pensemos en el siguiente proceso:

Primero, levantas una pelota del suelo hasta que esté por encima de tu cabeza. A continuación, lo sueltas. Luego, se mueve rápido hacia arriba hasta que golpea el suelo.

Se dice que la energía se conserva, lo que significa que no se puede crear ni destruir, solo se puede mover de una forma a otra. Entonces, cualquier energía que pongamos tiene que ir a alguna parte.

En el paso 1, utiliza energía en sus músculos para levantar la pelota; tienes que trabajar. Esta energía proviene de los alimentos que consume, que originalmente provenían del Sol a través de la cadena alimentaria. Cuando levantas la pelota, has gastado esa energía, por lo que tiene que ir a alguna parte. Por lo tanto, concluimos que se almacena dentro de la pelota como GPE.

En el paso 2, sueltas la bola y cae. Esto demuestra que la energía realmente se almacenó dentro de la pelota porque después de soltarla, ¡de repente comenzó a moverse! La pelota está ganando energía cinética, o KE a medida que cae, haciéndose más rápida todo el tiempo. La energía potencial gravitacional se está transformando en energía cinética.

En el paso 3, ha llegado al suelo, pero aún no lo ha golpeado. En el instante antes de que toque el suelo, la pelota está prácticamente a la altura a la que comenzó antes de que la levantaras. Tiene su máxima velocidad y, por tanto, su máxima KE. Esto significa que el KE que tiene ahora es igual al GPE que tenía antes de dejarlo caer.

Una vez que golpea el suelo, esta energía cinética es absorbida por la Tierra de dos formas: en el calor que se disipa en el suelo y en los movimientos de la Tierra misma (debido a que la Tierra es tan grande, los movimientos son minúsculos e imposibles de notar).

Ecuación para GPE

Aquí está la ecuación para la energía potencial gravitacional medida en julios o unidades de energía:

GPE = mgh

En esta ecuación, m es la masa del objeto en kilogramos, g es la aceleración debida a la gravedad (que siempre está alrededor de 9,8 en la Tierra) y h es la altura del objeto sobre el suelo, medida en metros.

El suelo es técnicamente solo un punto de referencia arbitrario. Si usa el suelo como una altura de 0, entonces la ecuación le dirá cuánto GPE tiene un objeto en relación con el suelo. Sin embargo, si retirara el suelo, el objeto, por supuesto, caería más hacia el centro de la Tierra.

Así que volvamos al escenario de la pelota. Esta vez, digamos que lleva la pelota al techo antes de dejarla caer. Si el techo tiene 18 metros de altura y la bola pesa 0,01 kg, ¿cuánto GPE tiene antes de soltarla?

Recordando la ecuación, GPE = mgh , calculamos esto escribiendo:

0,01 * 9,8 * 18 = 1,76 julios.

Este número no es solo la cantidad de energía potencial gravitacional que tiene, sino también la cantidad de energía que le tomó levantar la bola hasta el techo.

Resumen de la lección

La energía potencial gravitacional es la energía que tiene un objeto debido a su posición sobre la Tierra, energía debido a su altura. Sabemos que esta energía existe porque se necesita un esfuerzo para levantar un objeto hasta una altura y también porque cuando soltamos un objeto, cae, ganando energía cinética . La energía potencial gravitacional se transforma en energía cinética.

La ecuación para la energía potencial gravitacional es GPE = mgh , donde m es la masa en kilogramos, g es la aceleración debida a la gravedad (9,8 en la Tierra) y h es la altura sobre el suelo en metros.

Términos clave y sus significados

Energía cinética – energía de movimiento

Conservación de la energía : el concepto de que la energía no se puede crear ni destruir, sino que se debe almacenar y transferir.

Energía potencial gravitacional (GPE) : energía almacenada en un objeto cuando se mueve el objeto a una altura

Los resultados del aprendizaje

Aprender toda la información de esta lección podría prepararlo para:

• Caracterizar la energía potencial gravitacional
• Reconocer de dónde proviene la energía potencial gravitacional.
• Resuelva la ecuación GPE = mgh para determinar cuánta energía potencial gravitacional tiene un objeto