A energía potencial elástica es un tipo de energía potencial ligado a las propiedades elásticas de los materiales, cuya compresión o elasticidad es capaz de producir el movimiento de los cuerpos. Su unidad de medida es el Joule, y se puede calcular como el producto entre la constante elástica y el cuadrado de la deformación que sufre el objeto elástico, dividido por dos.
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Resumen de energía potencial elástica
A energía El potencial elástico es una forma de energía potencial asociada con la deformación y elongación de los cuerpos elásticos.
Su fórmula de cálculo es la siguiente:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
También se puede calcular mediante la fórmula que relaciona la energía potencial elástica con la fuerza elástica:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
En físico, la energía siempre se conserva, nunca se genera ni se destruye.
Es posible transformar la energía potencial elástica en energía potencial gravitacional y/o energía cinética.
La energía potencial elástica se convierte en energía cinética más lentamente que la energía potencial gravitatoria.
La energía potencial gravitacional está relacionada con la variación de altura de los cuerpos ubicados en una región con campo gravitatorio.
¿Qué es la energía potencial elástica?
La energía potencial elástica es uno cantidad física descamación relacionada con la acción que producen los materiales elásticos o flexible en otros cuerpos. Ejemplos de materiales elásticos o flexibles son resortes, cauchos, elásticos. Es una de las formas de energía potencial, al igual que la energía potencial gravitacional.
Según el Sistema Internacional de Unidades (SI), Su unidad de medida es el Joule., representado por la letra j.
Ella es directamente proporcional a la constante elástica y a la deformación sufrida por los objetos elásticos, por lo tanto, a medida que aumentan, la energía potencial elástica también aumenta.
Fórmulas de energía potencial elástica
→ Energía potencial elástica
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → energía potencial elástica, medida en Joules \([J]\).
k → constante elástica, medida en Newton por metro \([Nuevo Méjico]\).
X → deformación del objeto, medida en metros\([metro]\).
Ejemplo:
Determine la energía potencial elástica en un resorte que se deforma 0,5 m sabiendo que su constante de resorte es de 200 N/m.
Resolución:
Calcularemos la energía potencial elástica mediante su fórmula:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
La energía potencial elástica es de 25 julios.
→ Energía potencial elástica relacionada con la fuerza elástica
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → energía potencial elástica, medida en Joules \([J]\).
\(Hiel}\) → fuerza elástica, es decir, la fuerza ejercida por el resorte, medida en Newton \([NORTE]\).
X → deformación del objeto, medida en metros \([metro]\).
Ejemplo:
¿Cuál es la energía potencial elástica en un resorte que se deforma 2,0 cm cuando se somete a una fuerza de 100 N?
Resolución:
Primero convertiremos la deformación de centímetros a metros:
20 cm = 0,2 metros
Luego calcularemos la energía potencial elástica por la fórmula que la relaciona con fuerza elástica:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\J\)
La energía potencial elástica es de 10 julios.
Aplicaciones de la energía potencial elástica
Las aplicaciones de la energía potencial elástica. se refieren principalmente a su transformación en otras formas de energía o al almacenamiento de energía cinética. A continuación veremos algunos ejemplos cotidianos de sus aplicaciones.
Los parachoques de los automóviles están diseñados para deformarse cuando sufren un impacto, almacenando la máxima cantidad de energía cinética y convirtiéndola en energía potencial elástica.
En el trampolín, tenemos la deformación de los resortes y del material elástico, provocando una energía potencial elástico que luego se convertirá en energía cinética y energía potencial gravitacional.
Algunas zapatillas cuentan con resortes que reducen el impacto que sufre el movimiento, en el que la energía cinética se va transformando en energía potencial elástica.
Transformación de energía potencial elástica
La energía potencial elástica obedece al principio de conservación de la energía, en el que la energía siempre se conserva y no se puede crear ni destruir. Debido a esto, ella puede convertirse en otras formas de energía, como energía cinética y/o Energía potencial gravitacional.
Como podemos ver en la siguiente imagen, el resorte inicialmente se comprime, pero al soltarlo adquiere movimiento debido a la transformación de la energía potencial elástica en energía cinética.
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Ventaja y desventaja de la energía potencial elástica.
La energía potencial elástica tiene las siguientes ventajas y desventajas:
Ventaja: reduce el impacto causado por el movimiento.
Desventaja: convierte la energía lentamente en comparación con la energía potencial gravitacional.
Diferencias entre energía potencial elástica y energía potencial gravitatoria
La energía potencial elástica y la energía potencial gravitacional son formas de energía potencial relacionadas con diferentes aspectos.
Energía potencial elástica: asociado con la acción de resortes y objetos elásticos en los cuerpos.
Energía potencial gravitacional: asociado a la variación de altura de los cuerpos que se encuentran en una región con campo gravitatorio.
Ejercicios resueltos de energía potencial elástica
Pregunta 1
(Enem) Los coches de juguete pueden ser de varios tipos. Entre ellos, están los de cuerda, en los que un resorte en el interior se comprime cuando el niño tira de la carriola hacia atrás. Cuando se suelta, el carro comienza a moverse mientras el resorte vuelve a su forma inicial. El proceso de conversión de energía que tiene lugar en el carro descrito también se verifica en:
A) una dinamo.
B) un freno de coche.
C) un motor de combustión.
D) una planta hidroeléctrica.
E) una honda (tirachinas).
Resolución:
Alternativa E
En la honda, la energía potencial elástica del resorte se convierte en energía cinética, lo que hace que el objeto se suelte.
Pregunta 2
(Fatec) Un bloque de 0,60 kg de masa se deja caer desde el punto A sobre una pista en el plano vertical. El punto A está 2,0 m por encima de la base de la vía, donde está fijo un resorte de constante elástica de 150 N/m. Los efectos de la fricción son despreciables y adoptamos \(g=10m/s^2\). La compresión máxima del resorte es, en metros:
A) 0,80
b) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
mi) 0.05
Resolución:
Alternativa B
Usaremos el teorema de conservación de la energía mecánica para hallar el valor de la compresión máxima que sufre el resorte:
\(E_{m\ antes}=E_{m\ después}\)
A energía mecánica es la suma de las energías cinética y potencial, entonces:
\(E_{c\ antes}+E_{p\ antes}=E_{c\ después}+E_{p\ después}\)
Donde la energía potencial es la suma de la energía potencial elástica y la energía potencial gravitacional. Entonces tenemos:
\(E_{c\ antes}+E_{pel\ antes}+E_{pg\ antes}=E_{c\ después}+E_{pel\ después}+E_{pg\ después}\)
Dado que, en este caso, tenemos energía potencial gravitatoria que se convierte en energía potencial elástica, entonces:
\(E_{pg\ antes}=E_{pel\ después}\)
Sustituyendo sus respectivas fórmulas, obtenemos:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0.16\)
\(x=\raíz cuadrada{0,16}\)
\(x=0.4\m\)
Por Pamella Raphaella Melo
Profesor de física
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
