Fundamentos de Energía Potencial Eléctrica y Movimiento Armónico Simple
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Energía Potencial Eléctrica
Como la fuerza eléctrica entre dos cargas es conservativa, tiene asociada una función energía potencial eléctrica (Ep), cuya diferencia entre dos puntos corresponde al trabajo realizado por la fuerza eléctrica entre esos puntos. Así, se deduce que la energía potencial eléctrica entre dos cargas es:
Ep = formula
Donde se toma la energía potencial en el infinito igual a cero. Como es una energía, se trata de una magnitud escalar cuya unidad en el SI es el Julio (J).
- Bajo la única acción de la fuerza eléctrica, las cargas se mueven hacia posiciones que corresponden a una configuración de mínima energía potencial eléctrica.
- La energía potencial eléctrica total de un conjunto de cargas es la suma de las energías potenciales de todos los pares distintos de cargas que se pueden formar.
Potencial Eléctrico
El campo eléctrico E también es conservativo; por tanto, tiene asociado un campo escalar denominado potencial eléctrico. El potencial eléctrico producido por una carga puntual q situada en el origen es:
V = formula
En el SI, el potencial se mide en Voltios (V). A la diferencia de potencial entre dos puntos también se le llama “voltaje”. El potencial debido a un conjunto de cargas es la suma escalar de los potenciales debidos a cada una de las cargas.
Movimiento Armónico Simple (MAS)
La energía de una partícula que realiza un movimiento armónico simple está formada por dos contribuciones:
- Energía cinética (Ec): asociada a la velocidad de la partícula.
- Energía potencial (Ep): debida a la fuerza recuperadora.
Dinámica y Energía
El desplazamiento del movimiento viene descrito por la expresión x = A sen(ωt + φ), la velocidad es v = dx/dt = Aω cos(ωt + φ), y la fuerza actuante (F = -kx) tiene asociada una energía potencial de tipo elástico:
Ep = 1/2 kx2
Por lo tanto, la energía total resulta en la suma de ambas componentes. La energía total del movimiento armónico simple permanece constante. Es igual al valor máximo de la energía cinética e igual al valor máximo de la energía potencial. Existe una transformación continua de energía cinética en potencial, y viceversa.