Contenido principal
Física de bachillerato
Energía potencial y posición
Se puede pensar que debido a las fuerzas a distancia, la energía potencial entre dos objetos está almacenada en un campo. Cuando los objetos se desplazan debido a las fuerzas del campo, la energía almacenada en el campo disminuye. Creado por Sal Khan.
¿Quieres unirte a la conversación?
Sin publicaciones aún.
Transcripción del video
En este video hablaremos sobre cómo se almacena
la energía en un campo, y, en particular, cómo es que si cambiamos la posición de los objetos
dentro de este campo podría cambiar la energía. Como un breve repaso, recordemos que la energía
es la capacidad para realizar un trabajo. Además, hemos visto el concepto de trabajo,
el cual es igual a la magnitud de la fuerza multiplicada por el desplazamiento que
ocurre en la dirección de esa fuerza. También recordemos el concepto de
campo. Y no estamos hablando de un campo con césped o un campo de fútbol.
En realidad, estamos hablando de un concepto general usado en física, el cual
nos permite predecir y explicar cómo dos cosas que no se tocan la una a la otra pueden
interactuar, ejerciendo fuerzas entre sí. En otros videos, hemos hablado de eso.
De la idea de que nada realmente se toca en este universo, solo que nosotros
conceptualizamos que a veces lo hacen. Pero solo como un ejemplo de un
campo, tenemos un campo eléctrico aquí. Podría haber hecho un campo diferente,
podríamos haber hecho un campo magnético, o un campo gravitacional. Sin embargo, cuando
estudias relatividad general, la cual fue definida por Einstein, nos damos cuenta de que no
es exactamente óptimo considerarla como un campo. Pero en un campo eléctrico como el que está
justo aquí, tenemos una carga positiva y una negativa. Sabemos por experiencia que estas dos
cargas se atraen entre sí y, por convención, vamos a dibujar estas líneas de campo que
van de lo positivo a lo negativo. Ahora bien, si tuviéramos que soltar estas dos
cargas puntuales aquí, ¿qué pasaría? Bueno, sabemos que, debido al campo
eléctrico construido o creado, o que imaginamos que fue creado por esta
carga negativa, esta otra carga positiva tendría una fuerza de acción sobre la
carga negativa y viceversa, es decir, que esta carga negativa también va a ser atraída
hacia la carga positiva. Esto ocurre debido a los campos eléctricos creados por ambas cargas,
hacen que se muevan la una hacia la otra. Y así, cuando hablamos de energía en
campos o energía almacenada en campos, de acuerdo con nuestra configuración inicial,
¿cómo puede haber energía en este campo? ¿Cómo es su capacidad para realizar un trabajo?
Pausa este video y reflexiona tu respuesta. Bueno, piénsalo de esta manera. Imagina
que si cada una de estas cargas estuviera unida a algún tipo de masa,
—déjame hacer esto con un color que realmente puedas ver.
Entonces, digamos que esta carga remolca algún tipo de masa y esta otra hace
lo mismo aquí. Bueno, cuando sueltas ambas masas y las cargas puntuales ejercen
fuerzas, y asumiendo que estas son lo suficientemente grandes, van a poder tirar de
ambas masas, dirgiéndolas una hacia la otra. Es así que, hay una cantidad potencial de
trabajo que podría hacerse y podría continuar hasta que estas cargas puntuales “se toquen”
—y hay que entrecomillar este concepto por lo que comenté anteriormente—, o hasta que no
puedan acercarse más la una a la otra o hasta que alguna otra cosa les impida acercarse más.
Así que ahora, pensemos en cómo podría aumentar la energía que se almacena en este campo.
Pausa el video y reflexiona tu respuesta. Bueno, si mantuviera la carga
positiva en su posición, pero tuviera que mover la carga
negativa en dirección opuesta a la dirección de la fuerza que el campo
está tratando de ejercer. Entonces, en lugar de tener la carga negativa aquí,
¿qué pasaría si la moviera hacia afuera? Una vez más, déjame hacerlo con
un color que puedas ver bien. Si moviera la carga negativa aquí y esta
todavía estuviera remolcando algún tipo de masa, puedes ver que cuando la moví en dirección opuesta
a la fuerza que el campo está tratando de ejercer, he aumentado la energía en el campo
porque ahora puedo aplicar más trabajo. Puedo arrastrar esta masa potencial
a una distancia mayor y así estar aplicando un principio general:
Si dejamos que estas cargas vayan en la dirección de las fuerzas que están
siendo ejercidas sobre ellas debido al campo, vamos a reducir la energía en el campo.
Sin embargo, si movemos las cargas contra las fuerzas
del campo, —y como puedes deducir, vamos a tener que aplicar energía al sistema
para hacer eso. Pero si lo hacemos, entonces almacenaremos más energía en este campo porque,
en este caso, estarán más alejadas la una de la otra y así podrían arrastrar las pequeñas
masas que están remolcando aún más lejos.