Calculadora de energía potencial gravitatoria
Calcula la energía asociada a la altura de un objeto en un campo gravitatorio uniforme.
Rellena tres magnitudes con sus unidades y deja vacía la incógnita. Mide la altura desde el nivel de referencia que hayas elegido.
La masa y g deben ser positivas. Hallar la masa o g con altura cero es indeterminado y se rechaza esa división. El modelo supone g constante, apropiado para pequeños cambios de altitud cerca de la superficie terrestre. No calcula órbitas ni energía elástica de resortes.
Resultados
Relación aplicada
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¿Cómo funciona esta herramienta?
Una carga elevada puede liberar energía al descender. Para cuantificarla necesitas conocer su masa, la gravedad y la altura medida desde un nivel elegido. La calculadora aplica el modelo de un campo gravitatorio uniforme: determina la energía potencial, pero también la masa, la altura o la gravedad si conoces las otras tres magnitudes.
El modelo utiliza Ep = mgh. Antes del cálculo, los datos se convierten a unidades SI: kilogramos, metros y metros por segundo al cuadrado. El resultado físico no depende de la unidad de entrada: 250 cm representan la misma altura que 2,5 m. Los resultados aparecen en las unidades elegidas, mientras que la sustitución numérica utiliza unidades SI.
La altura es relativa a una referencia, como el suelo o la plataforma de una máquina. Elegir otro cero cambia la energía asignada a una posición. Para comparar dos posiciones en el mismo campo, utiliza la variación ΔEp = mg(h₂ − h₁). No depende del cero elegido si ambas alturas usan la misma referencia.
El cálculo supone que g es constante. Sirve para ejercicios y desplazamientos en los que su variación es despreciable; no describe una órbita ni un viaje entre la Tierra y la Luna. El valor inicial de 9,80665 m/s² es la gravedad normal convencional, no una medida de tu ubicación. La masa es positiva; el signo de la energía sigue al de la altura relativa.
Cómo utilizar esta herramienta
Elegir la incógnita
Vacía el campo de energía, masa, altura o gravedad que quieras calcular.
Introducir los datos conocidos
Rellena los otros tres campos y comprueba las unidades. La masa y la gravedad deben ser positivas.
Leer la relación aplicada
Consulta el resultado y la sustitución en Ep = mgh; las magnitudes de esa relación se expresan en unidades SI.
Energía y relaciones inversas
Calcular la energía
Ep = m × g × h
El producto da julios cuando m, g y h se expresan en unidades SI.
Hallar la altura
h = Ep / (m × g)
La masa y g deben ser estrictamente positivas.
Hallar la masa
m = Ep / (g × h)
La altura debe ser distinta de cero y los valores deben dar una masa positiva.
Hallar la gravedad
g = Ep / (m × h)
La altura debe ser distinta de cero y el resultado debe ser positivo.
Comparar dos posiciones
ΔEp = m × g × (h₂ − h₁)
Para obtener esta variación, introduce h₂ − h₁ como altura y deja la energía vacía.
- m
- Masa, en kilogramos (kg).
- g
- Aceleración de la gravedad, en m/s².
- h
- Altura respecto a la referencia, en metros (m).
- Ep
- Energía potencial gravitatoria, en julios (J).
Casos de uso
Estudiar una elevación
Estima la energía mecánica mínima para elevar una carga entre dos niveles conocidos.
Comparar referencias
Comprueba que la diferencia de energía no cambie al modificar el nivel cero.
Resolver un problema inverso
Obtén la altura a partir de una energía, una masa y una gravedad conocidas.
Ejemplos
Una altura en centímetros
La herramienta convierte 250 cm en 2,5 m y calcula 2 × 9,80665 × 2,5. Introducir directamente 2,5 m debe dar el mismo resultado: cambiar de unidad no cambia la situación física.
Entrada
Energía: campo vacío
Masa: 2 kg
Altura: 250 cm
Gravedad: 9,80665 m/s²Resultado
Energía potencial: 49,03325 JHallar la altura a partir de la energía
Divide la energía entre el peso del objeto: 98,0665 / (2 × 9,80665). Vacía el campo Altura en lugar de escribir cero; cero es un valor conocido, no una incógnita.
Entrada
Energía: 98,0665 J
Masa: 2 kg
Altura: campo vacío, unidad m
Gravedad: 9,80665 m/s²Resultado
Altura relativa: 5 mDescender de 10 m a 4 m
La variación de altura es 4 − 10 = −6 m. La energía potencial disminuye 117,6798 J. En un descenso ideal puede transformarse en energía cinética; la herramienta no calcula las pérdidas ni el frenado.
Entrada
Energía: campo vacío
Masa: 2 kg
Altura: −6 m
Gravedad: 9,80665 m/s²Resultado
Variación de energía potencial: −117,6798 JConsejos y buenas prácticas
- Para elevar una carga entre dos niveles, usa la diferencia de altura, no la altitud absoluta del edificio.
- La energía potencial ganada es energía mecánica ideal. El rendimiento, el rozamiento y otras pérdidas aumentan la energía que debe suministrar un motor.
- Con altura y energía nulas no se pueden deducir la masa ni g: varios valores satisfacen la relación. La calculadora rechaza este caso indeterminado.
Fuentes y referencias
- University Physics — Potential Energy of a System (se abre en una pestaña nueva), OpenStaxPágina en inglés
- BIPM, The International System of Units (SI Brochure) (se abre en una pestaña nueva), Bureau international des poids et mesuresPágina en inglés
Preguntas frecuentes
¿Por qué importa la referencia de altura?
El cero de energía potencial se elige. Referencias distintas dan energías distintas para el mismo objeto, pero la variación entre dos posiciones no cambia si se usa la misma g.
¿La altura puede ser negativa?
Sí, si el objeto está por debajo de la referencia. No implica una masa negativa.
¿Es la energía que necesita el motor?
No. Es energía potencial ideal; no se incluyen el rendimiento del motor ni otras pérdidas.
¿Por qué cambia el resultado con g?
La energía es proporcional a g. El valor inicial de 9,80665 m/s² es una referencia convencional; cámbialo si conoces la gravedad del lugar estudiado.
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