Calculadora de Energía Potencial

Calcula la energía potencial gravitacional y elástica.

Selecciona el tipo de energía potencial e ingresa los valores requeridos.

Ejemplos

Carga un ejemplo para ver cómo funciona la calculadora.

Libro en un Estante

Gravitacional

Un libro de 2 kg colocado en un estante de 1.5 metros de altura.

Masa: 2 kg, Altura: 1.5 m, Gravedad: 9.81 m/s²

Auto en una Colina

Gravitacional

Un auto de 1500 kg en la cima de una colina de 50 metros.

Masa: 1500 kg, Altura: 50 m, Gravedad: 9.81 m/s²

Resorte Comprimido

Elástica

Un resorte con una constante de 400 N/m es comprimido por 0.2 metros.

Constante del Resorte: 400 N/m, Desplazamiento: 0.2 m

Cuerda de Bungee Estirada

Elástica

Una cuerda de bungee con una constante de resorte de 100 N/m es estirada por 10 metros.

Constante del Resorte: 100 N/m, Desplazamiento: 10 m

Otros Títulos
Entendiendo la Calculadora de Energía Potencial: Una Guía Completa
Una mirada profunda a los principios de la energía potencial, sus tipos y aplicaciones.

¿Qué es la Energía Potencial?

  • El Concepto de Energía Almacenada
  • Energía Potencial Gravitacional (EPG)
  • Energía Potencial Elástica (EPE)
La energía potencial es la energía almacenada que posee un objeto debido a su posición o configuración. Es una forma de energía mecánica que tiene el 'potencial' de ser convertida en otras formas de energía, como la energía cinética. Esta calculadora aborda los dos tipos más comunes: energía potencial gravitacional y elástica.
Energía Potencial Gravitacional (EPG)
La EPG es la energía que tiene un objeto debido a su posición vertical en un campo gravitacional. Cuanto más alto se levanta un objeto contra la gravedad, más energía potencial gravitacional almacena. La fórmula es U = mgh, donde 'm' es la masa, 'g' es la aceleración debida a la gravedad, y 'h' es la altura.
Energía Potencial Elástica (EPE)
La EPE es la energía almacenada en un objeto elástico, como un resorte o una banda elástica, cuando se estira o comprime. Esta energía es el resultado de la deformación del objeto desde su posición de equilibrio. La fórmula es U = 1/2 k x^2, donde 'k' es la constante del resorte y 'x' es el desplazamiento desde el equilibrio.

Guía Paso a Paso para Usar la Calculadora de Energía Potencial

  • Seleccionando el Tipo de Energía
  • Ingresando Valores para EPG
  • Ingresando Valores para EPE
1. Elige tu Cálculo
Comienza seleccionando 'Gravitacional' o 'Elástica' del menú desplegable de tipo de energía. Esto mostrará los campos de entrada relevantes para tu cálculo.
2. Para Energía Potencial Gravitacional
Necesitarás proporcionar la Masa del objeto (en kg), su Altura (en metros) relativa a un punto de referencia, y la aceleración local debida a la Gravedad (en m/s²). La calculadora usa por defecto la gravedad de la Tierra (9.81 m/s²), pero puedes ajustar esto para cálculos en otros planetas o en diferentes escenarios.
3. Para Energía Potencial Elástica
Necesitas la Constante del Resorte (k) del objeto en Newtons por metro (N/m) y el Desplazamiento (x) desde su posición de equilibrio (reposo) en metros. El desplazamiento puede ser compresión o estiramiento.
4. Calcula e Interpreta
Después de ingresar los valores, haz clic en el botón 'Calcular'. El resultado se mostrará en Joules (J), la unidad estándar de energía.

Aplicaciones del Mundo Real de la Energía Potencial

  • Energía Hidroeléctrica
  • Montañas Rusas y Atracciones de Parques de Diversiones
  • Dispositivos Mecánicos
Represas Hidroeléctricas
Las represas almacenan vastas cantidades de agua a una altura significativa. Esta energía potencial gravitacional almacenada se convierte en energía cinética cuando el agua fluye hacia abajo, lo que luego hace girar las turbinas para generar electricidad.
Montañas Rusas
Un carro de montaña rusa es arrastrado a la cima de la primera colina, dándole una gran cantidad de energía potencial gravitacional. Esta energía luego se convierte en energía cinética mientras desciende, impulsándolo a través del resto de la pista.
Resortes, Amortiguadores y Tiro con Arco
La energía potencial elástica es fundamental para muchos sistemas mecánicos. Los amortiguadores de automóviles usan resortes para amortiguar los baches. Un arquero almacena energía potencial elástica en la cuerda del arco, que luego se transfiere a la flecha como energía cinética al soltarla.

Conceptos Erróneos Comunes y Métodos Correctos

  • El Rol del Punto de Referencia (h=0)
  • La Energía No Se 'Pierde'
  • Entendiendo la Constante del Resorte
El Punto de Referencia de Altura Cero es Arbitrario
La energía potencial gravitacional es un valor relativo. Depende del 'nivel cero' que elijas. Por ejemplo, un libro en una mesa tiene energía potencial relativa al piso, pero cero energía potencial relativa a la mesa misma. Lo que importa para los cálculos es el cambio en altura (Δh).
Conservación de Energía vs. 'Perder' Energía
En un sistema cerrado, la energía se conserva, no se pierde. Se transforma de una forma a otra (ej., potencial a cinética). Sin embargo, en sistemas del mundo real, algo de energía a menudo se 'pierde' por fuerzas no conservativas como la fricción y la resistencia del aire, donde se convierte en calor.
Lo que Realmente Significa la Constante del Resorte (k)
La constante del resorte 'k' es una medida de rigidez. Un valor alto de 'k' significa que el resorte es muy rígido y requiere mucha fuerza para estirar o comprimir. Un valor bajo de 'k' indica un resorte más suave y flexible.

Derivación Matemática y Ejemplos

  • Derivando la Fórmula EPG
  • Derivando la Fórmula EPE
  • Ejemplos Resueltos
Energía Potencial Gravitacional (EPG)
El trabajo (W) realizado para levantar un objeto contra la gravedad es W = Fuerza × distancia. La fuerza requerida es igual al peso del objeto (mg). La distancia es la altura (h). Por lo tanto, W = mg × h. Por el teorema trabajo-energía, el trabajo realizado sobre el objeto es igual a la energía potencial que gana. Así, U_g = mgh.
Energía Potencial Elástica (EPE)
Según la Ley de Hooke, la fuerza requerida para estirar o comprimir un resorte es F = kx. Sin embargo, esta fuerza no es constante; aumenta con el desplazamiento. Para encontrar el trabajo realizado (y así la energía almacenada), debemos integrar la fuerza sobre el desplazamiento: W = ∫F dx = ∫kx dx. El resultado de esta integral de 0 a x es (1/2)kx². Así, U_e = (1/2)kx².

Ejemplos de Cálculo

  • Ejemplo EPG: ¿Cuál es la energía potencial de una bola de boliche de 5 kg sostenida a una altura de 2 metros? U = 5 kg * 9.81 m/s² * 2 m = 98.1 Joules.
  • Ejemplo EPE: Un resorte con k = 300 N/m es comprimido por 10 cm (0.1 m). ¿Cuál es su energía potencial? U = 0.5 * 300 N/m * (0.1 m)² = 1.5 Joules.