La enerxía potencial ye la enerxía mecánica acomuñada a la llocalización d'un cuerpu dientro d'un campu de fuercies (gravitatoria, electrostática, etc.) o a la esistencia d'un campu de fuercies nel interior d'un cuerpu (enerxía elástica). La enerxía potencial d'un cuerpu ye una consecuencia de la que'l sistema de fuercies qu'actúa sobre un cuerpu seya conservativo.
Independientemente de la fuercia que la anicie, la enerxía potencial que tien el sistema físicu representa la enerxía "almacenada" en virtú de la so posición y/o configuración, por contraposición cola enerxía cinética que tien y que representa la so enerxía debida al movimientu. Pa un sistema conservativo, la suma d'enerxía cinética y potencial ye constante, eso xustifica'l nome de fuercies conservativas, esto ye, aquelles que faen que la enerxía "calténgase". El conceutu d'enerxía potencial tamién puede usase pa sistemes físicos nos qu'intervienen fuercies disipativas, y que por tanto nun caltienen la enerxía, namái que nesi casu la enerxía mecánica total nun va ser constante, y p'aplicar el principiu de caltenimientu de la enerxía ye necesariu contabilizar la disipación d'enerxía.
El valor de la enerxía potencial depende siempres del puntu o configuración de referencia escoyíu pa midila, por esa razón dizse dacuando que físicamente namái importa la variación d'enerxía potencial ente dos configuraciones..
La enerxía potencial intervién como se mentó nel principiu de caltenimientu de la enerxía y el so campu d'aplicación ye bien xeneral. Ta presente non solo na física clásica, sinón tamién de la física relativista y física cuántica. El conceutu xeneralizóse tamién a la física de partícules, onde se llegaron a utilizar potenciales complexos al envís d'incluyir tamién la enerxía disipada pol sistema.
Introducción Magar la enerxía cinética () d'un cuerpu ye una propiedá física que depende del so movimientu, la enerxía potencial (), sicasí, ye un conceutu d'enerxía que va depender del tipu d'interacción que s'exerz sobre'l cuerpu, de la so posición y de la configuración nel espaciu del citáu cuerpu o cuerpos sobre los que s'aplica. Asina nuna situación ideal na que los oxetos que constitúin el sistema físicu n'estudiu tean ausentes de resfregón, entós la suma de dambes enerxíes, cinética y potencial, va representar la enerxía total del sistema, , y vase a caltener, independientemente de la posición o posiciones que vaya ocupando'l sistema nel tiempu.
La noción d'enerxía potencial rellacionar col trabayu realizáu poles fuercies sobre'l sistema físicu pa treslladalo d'una posición a otra del espaciu. La función enerxía potencial va depender de forma importante del tipu de campu de fuercies o interacción qu'actúe sobre'l sistema. Por casu, la fuercia de gravitación, la electromagnética, responsable de les interacciones llétrica y magnética, o la elástica (derivada de la electromagnética). Si'l trabayu nun depende del camín siguíu, entós a encomalo llámase-y conservativa y el trabayu espresa la diferencia d'enerxía potencial del sistema ente la posición de partida (A) y la posición de llegada (B).
Tamién s'utiliza la función potencial en llugar de la enerxía potencial pa representar el trabayu realizáu pola unidá básica de la interacción. Si, por casu, la interacción ye la gravitatoria, sería la unidá de masa y nel casu de la interacción llétrica, la unidá de carga.
La función enerxía potencial y, cuantimás, la función potencial, tienen gran interés na física non solo cuando s'apliquen a les interacciones que son importantes a la nuesa escala, como son la gravitatoria, la electromagnética y la elástica (derivada de la electromagnética), sinón tamién cuando s'estudia cualquier tipu de fuercia o interacción, inclusive na física cuántica al tratar de resolver la dinámica d'un sistema físicu por aciu la ecuación de Schrödinger. Aplícase, por casu, a la física atómica nel llogru de los estaos electrónicos del átomu o na física molecular, pal llogru de los estaos electrónicos, de vibración, de vibración-rotación y de rotación de la molécula, según na física del estáu sólidu. Tamién s'aplica na física nuclear.
N'otres formulaciones más xenerales de la física, la función potencial xuega, asina mesmu, un papel importante. Ente elles, les formulaciones lagrangiana y hamiltoniana de la mecánica.
Enerxía potencial gravitatoria thumb|300px|Los coches d'un monte rusu algamen la so máxima enerxía potencial gravitacional na parte más alta del percorríu. Al baxar, esta conviértese en enerxía cinética, aportando a máxima al algamar el puntu más baxu de la so trayeutoria (y la enerxía potencial mínima). Depués, al volver alzase por cuenta de la inercia del movimientu, el trespasu d'enerxíes inviértese. Si asume una resfregón insignificante, la enerxía total del sistema permanez constante
La enerxía potencial gravitatoria defínese como la enerxía que tienen los cuerpos pol fechu de tener masa y tar asitiaos a una determinada distancia mutua. Ente les mases de grandes magnitúes exécense fuercies d'atraición, de mayor intensidá cuanto mayores son estes. Aplicáu, por casu, al movimientu planetariu, la masa mayor ye la del sol que crea un campu de fuercies gravitatoriu qu'actúa sobre les mases menores de los planetes. De la mesma, cada planeta crea un campu de fuercies gravitatoriu qu'actúa sobre les mases menores que tean próximes al planeta, los satélites.
El trabayu realizáu pa llevar una masa de prueba m en presencia d'otra masa M, fonte del campu gravitatoriu, dende un puntu A a otru B, ye la diferencia de la enerxía potencial de la masa m nel puntu de partida A menos la enerxía potencial nel puntu de llegada B. El citáu trabayu nun depende del camín siguíu sinón tan solo de los puntos inicial y final. Al gociar d'esta propiedá la fuercia gravitatoriu y el campu gravitatoriu (la fuercia gravitatoriu sobre la unidá de masa), al campu llámase-y campu conservativo y tien plenu sentíu llograr el potencial gravitatoriu, deriváu del campu creáu pola masa M, según la enerxía potencial gravitatoria derivada de la fuercia gravitatoriu ente les mases m y M.
Si considérase una masa M nel orixe del sistema de coordenaes como fonte del campu gravitatoriu y escuéyese como referencia l'infinitu, puntu nel que cualquier masa m tien una enerxía potencial nula, la enerxía potencial ye'l trabayu necesariu pa llevar la masa m dende l'infinitu hasta un determináu puntu A definíu pola coordenada (la distancia del puntu A al orixe de coordenaes).
Onde: ye la enerxía potencial gravitatoria de la masa , que'l so valor depende de la distancia ente la masa de prueba y la masa que xenera'l campu gravitatoriu, y mídese en xulios (). Per otru llau, ye la fuercia gravitatoriu sobre la masa de prueba asitiada a una distancia de la masa que crea'l campu gravitatoriu y mídese en newtons (). Amás, ye la constante de gravitación universal, que'l so valor ye . Finalmente, y midir en kilogramos () ye la distancia que dixebra les dos mases, midida en metros ()
La ecuación que representa la enerxía potencial de les mases m y M cuando tán dixebraes una distancia , ye aplicable tanto a mases puntuales como a mases con simetría esférica, siendo la distancia ente elles, la qu'hai ente los centros de diches esferes.
La enerxía potencial cerca de la superficie de la Tierra La enerxía potencial que tien una masa asitiada a un altor sobre la superficie terrestre vale:
Esta espresión ye un casu particular de la ecuación anterior . Dichu casu preséntase cuando la masa atopar a un altor pequeñu sobre la superficie de la tierra. Pa demostralo, basta con aplicar la espresión y considerar la variación d'enerxía potencial ente los altores sobre la superficie de la tierra, y y siendo el radiu de la tierra.
Nesti casu, los productos son bien pequeños comparaos con y, poro, pueden despreciase na ecuación .
Llamando
Si tómase como l'orixe d'enerxíes potenciales, por casu, al nivel del mar y llamando :
Del desenvolvimientu anterior deduzse que pa l'aproximamientu últimu ye afecha.
Velocidá d'escape La velocidá d'escape ye la velocidá mínima necesaria por que un cuerpu de masa sala fuera de l'atraición gravitatoria.
La fuercia de gravitación ye conservativa. La enerxía potencial d'una masa ye:
Por que el cuerpu escape a l'acción del campu gravitatoriu la enerxía total del mesmu ten de ser positiva o nula, esto ye, tien d'asoceder que la enerxía cinética supere o, siquier iguale, la enerxía potencial. Nel casu estragal vamos tar calculando la velocidá d'escape. Puede calculase nel casu de la Tierra.
onde ye la distancia radial o posición del cuerpu de masa con al respective de la masa que xenera'l campu gravitatoriu
Velocidá d'escape de la superficie de la Tierra
Sustituyendo los datos llógrase:
Si'l móvil supera la velocidá d'escape abandonaría inda con más facilidá l'acción del campu gravitatoriu terrestre.
Superficies equipotenciales El potencial gravitatoriu defínese como la enerxía potencial por unidá de masa:
Y, por tanto, llógrase:
Onde ye la enerxía potencial de la unidá de masa, o potencial, a una distancia de la masa . Les unidaes de nel S.I. son .
G ye la constante de gravitación universal.
M ye la masa del oxetu que crea'l campu y, por tanto, va tar midida en .
Si M ye puntual o de xeometría esférica, les superficies equipotenciales (supericies de potencial constante) son la familia d'esferes definíes pola familia de superficies:
siendo constantes arbitraries que'l so valor numbéricu representa'l potencial gravitatoriu acomuñáu a cada valor de la posición .
Les superficies equipotenciales gravitatories terrestres son toles esferes con centru nel de la Tierra.
Exemplos de la enerxía potencial gravitatoria thumb|300px|Animación d'una bola nun monte rusu Monte Rusu
El dibuxu d'un monte rusu nun planu puede interpretase como la representación de la función enerxía potencial d'un cuerpu nel campu gravitatoriu. Cuanto más xube un móvil el monte rusu, mayor ye la so enerxía potencial y menor la so enerxía cinética , y por tanto muévese más lentu. Nos máximos relativos de dicha función (los picos del monte rusu) la so enerxía potencial va ser más elevada que nos puntos de la so redolada. Estos puntos llamaránse puntos d'equilibriu mecánicu inestable, yá que si depositar nellos un oxetu con por pocu que se mueva d'esi puntu, l'oxetu siempres va tender a alloñar. Per otru llau, si asítiase nos mínimos de la función (los valles del monte rusu), el móvil que los abandonara nún o otru sentíu siempres va tender a volver escontra ellos, son los puntos llamaos puntos d'equilibriu estable. Como la enerxía mecánica del cuerpu caltiénse , na figura..
Pendilexu
Nel casu d'un pendilexu, que'l so movimientu puede algamar un altor midida a partir de la so posición más baxa, tamién puede comprobase la llei de caltenimientu de la enerxía. Nos puntos más altos (altor h), onde la enerxía potencial ye máxima, la velocidá del pendilexu ye nula y el movimientu camuda de sentíu. Per otru llau, la posición más baxa, que pudi llamase , va ser aquella con una mayor enerxía cinética y velocidá máxima pero con una enerxía potencial mínima. La posición podrá tomase como orixe de la enerxía potencial (puede acomuñáse-y una enerxía potencial nula). center|thumb|300px|Animación d'un pendilexu qu'algama un altor h
Aplicación al movimientu planetariu thumb|300px|La diagrama d'enerxía potencial gravitatoria de los planetes dexa determinar la forma de la so trayeutoria en redol al sol. Pa una enerxía media, que correspuenda a la rexón del pozu de potencial, la trayeutoria del planeta ye una elipse de radios r1 y r2 (primer llei de Kepler) La enerxía potencial gravitatoria inflúi na forma de les órbites de los planetes y otros cuerpos celestes del Sistema Solar. El tipu d'órbita ye una cónica y la so forma va depender de la enerxía mecánica total del cuerpu. La enerxía potencial ye negativa o positiva, ente que la enerxía cinética ye siempres positiva.