Enegía Potencial Elástica
Empecemos!
Un cuerpo se denomina elástico si al actuar una fuerza sobre él sufre una deformación (de comprensión o de elongación) de tal manera que al cesar actuar la fuerza recupera su forma original. El prototipo (microscópico) de un cuerpo elástico lo constituye un resorte o muelle en un rango de deformaciones no demasiadas grandes (rango de estabilidad). Si la deformación supera un cierto umbral (límite de elasticidad) el resorte queda perfectamente deformado.
El cuerpo elástico en sí mismo un sistema microscópico bastante complejo. Sin embargo, la fuerza que dicho ejerce sobre un objeto unido a uno de sus extremos resulta satisfactoriamente descrita por la llamada Ley de Hooke; la fuerza que ejerce el resorte sobre el cuerpo es proporcional y tiene el sentido opuesto de la deformación del resorte, tendiendo a que el resorte recupere su longitud original. (Es decir, tendiendo a devolver al sistema a su estado de equilibrio).
La Constante de Proporcionalidad entre la fuerza y la deformación se denomina constante de elásticidad o recuperación, y se denota habitualmente por el símbolo k.
La fuerza ejercida por un resorte por ejemplo de un tipo más general de fuerzas denominadas fuerzas elásticas. En general, todo sistema en las proximidades de un punto equilibrio estable (que se caracteriza porque las fuerzas que actúan sobre el sistema en ese punto son nulas y porque las fuerzas que aparecen cuando se producen pequeñas desplazamientos respecto al equilibrio tienen un sentido tal que tienden a hacer retornar al sistema al punto de equilibrio) obedece en primera aproximación a una ley de fuerzas de este tipo, que genera un tipo de movimiento llamado Movimiento Armónico Simple.
Se conoce como resorte (o muelle) a un elemento elástico capaz de almacenar energía y desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan las fuerzas o la tensión a las que es sometido.
Saberes previos: Fuerzas Conservativas, Trabajo
Si duplicamos la fuerza aplicada, el alargamiento también se duplicará. Esto es lo que se conoce como la ley de Hooke. La ley de Hooke establece que el alargamiento de un muelle elático es directamente proporcional al módulo de la fuerza que se le aplique, siempre y cuando no se deforme permanentemente (deformación plástica) dicho muelle.
Ley de Hooke: Demostración más Ejercicios
Si desplazamos un cuerpo unido a un muelle elástico desde su posición en equilibrio, este último ejercerá una fuerza denominada Fuerza Restauradora o Elástica del Muelle que intentará devolverlo a la posicion de equilibrio.
Es decir, cuanto mayor es el alejamiento del cuerpo con respecto a la posición de equilibrio, mayor es la fuerza restauradora.
La energía almacenada en el resorte estirado o comprimido o en otro material elástico se llama energía potencial elástica. Se almacena energía en el resorte si está comprimido o estirado. La energía potencial elástica es la que almacena un objeto por el hecho de estar deformado.
La energía potencial elástica es energía almacenada que resulta de aplicar una fuerza para deformar un objeto elástico. La energía queda almacenada hasta que se quita la fuerza y el objeto elástico regresa a su forma original, haciendo un trabajo en el proceso. La deformación puede implicar comprimir, estirar o retorcer el objeto.
Definimos la energía potencial elástica como aquella que adquieren los cuerpo sometidos a la acción de fuerzas elásticas o recuperadoras. En el caso de un cuerpo unido a un muelle su valor viene dado por:
Donde:
Ep: Es la energía potencial del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J)
k: Constante elástica del muelle. Depende el propio muelle en sí, cuanto mayor es su valor, más trabajo cuesta estirar el muelle. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es Newton por metro (N/m)
x: Distancia hasta la posición de equilibrio. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro (m)
El trabajo de la fuerza elástica es igual a la variación de la energía potencial tomada con signo contrario. El trabajo de la fuerza elástica no depende de la trayectoria sino de la posición inicial y final. La fuerza elástica es una fuerza conservativa.
- Energía en reposo
- Energía que está guardada
- Energía transforma a energía cinética
- Energía de deformación
- Aumento de energía interna acumulado
El muelle de un reloj de cuerda.
Un arquero que estira su arco.
Un trampolín doblado justo antes de que el clavadista brinque.
La liga de hule de una resortera.
Una pelota de goma, comprimida en el momento en el que choca con una pared de ladrillos.
Phet – Energia Potencial Elástica
Video Phet sobre la Energia Potencial Elástica
Fuerzas conservativas y no conservativas
Principio de Conservación de Energia
Práctica para el cálculo de la constante Elástica
Libro Base de Físcia 2BGU del Mineduc
Investigando (EP)
Khan Academy Energia Potencial
Referencia Biliográfica.
Solbes, J., & Tarín, F. (2004). La conservación de la energía: un principio de toda la física. Una propuesta y unos resultados. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 185-193.
Lozano, O., Garcia-Molina, R., & Solbes, J. (2007). Cuatro juegos que ilustran la conservación de la energía. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, (54), 115-118.
Colombo, L., & Giordano, S. (2007). Energia elastica. In Introduzione alla Teoria della elasticità (pp. 71-96). Springer, Milano.