Energía potencial gravitatoria frente a energía potencial elástica
La energía potencial gravitacional y la energía potencial elástica son dos cantidades importantes que se analizan en mecánica. Este artículo tratará de comparar y contrastar cuáles son sus definiciones, sus similitudes y diferencias.
¿Qué es la energía potencial gravitacional?
Para comprender la energía potencial gravitacional, se requiere un conocimiento básico de los campos gravitatorios. La gravedad es la fuerza que se produce debido a cualquier masa. La masa es la condición necesaria y suficiente de la gravedad. Hay un campo gravitacional definido alrededor de cualquier masa. Tome las masas m1 y m2 colocadas a una distancia r entre sí. La fuerza gravitacional entre estas dos masas es G.m1.m2/r2, donde G es la constante gravitacional universal. Como no hay masas negativas, la fuerza gravitacional siempre es atractiva. No hay fuerzas gravitatorias repulsivas. Cabe señalar que las fuerzas gravitatorias también son mutuas. Eso significa que la fuerza que m1 ejerce sobre m2 es igual y opuesta a la fuerza que m2 ejerce sobre m1. El potencial gravitatorio en un punto se define como la cantidad de trabajo realizado sobre una unidad de masa al llevarla desde el infinito hasta el punto dado. Dado que el potencial gravitacional en el infinito es cero y la cantidad de trabajo que debe realizarse es negativa, el potencial gravitacional siempre es negativo. La energía potencial gravitatoria de un objeto se define como el trabajo realizado sobre el objeto cuando se lleva el objeto desde el infinito hasta dicho punto. Esto también es igual al producto del potencial gravitacional y la masa del objeto. Dado que la masa del objeto siempre es positiva y el potencial gravitatorio de cualquier punto es negativo, la energía potencial gravitatoria de cualquier objeto también es negativa.
¿Qué es la energía potencial elástica?
La elasticidad es una propiedad muy útil de la materia. Es la capacidad de los materiales para volver a su forma original después de que se eliminan las fuerzas externas. Se observa que la fuerza requerida para mantener estirada una varilla elástica es proporcional a la longitud estirada de la varilla. La constante de proporcionalidad se conoce como constante de resorte y se denota con k. Esto nos da la ecuación F=-kx. El signo menos representa la dirección inversa de x a la fuerza. La energía potencial elástica es la cantidad de trabajo que se requiere para estirar el objeto elástico en una longitud dada x. Como la fuerza aplicada F(x)=kx, el trabajo realizado es igual a la integración de F(x) de cero a x, con respecto a dx, que es igual a kx2 /2. Por lo tanto, la energía potencial es kx2/2. Debe tenerse en cuenta que la energía potencial de cualquier objeto unido al extremo de la varilla no depende de la masa del objeto, sino solo de la constante del resorte y de la longitud estirada.
¿Cuál es la diferencia entre la energía potencial gravitatoria y la elástica?
• La energía potencial gravitatoria siempre es negativa, mientras que la energía potencial elástica siempre es positiva.
• La energía potencial gravitatoria depende de la masa del objeto, pero la energía potencial elástica no depende de la masa.
