UN energia potenziale elastica è una specie di energia potenziale legato alle proprietà elastiche dei materiali, la cui compressione o elasticità è in grado di produrre il movimento dei corpi. La sua unità di misura è il Joule, e può essere calcolato dal prodotto tra la costante elastica e il quadrato della deformazione subita dall'oggetto elastico, diviso per due.
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Riepilogo dell'energia potenziale elastica
UN energia Il potenziale elastico è una forma di energia potenziale associata alla deformazione e all'allungamento dei corpi elastici.
La sua formula di calcolo è la seguente:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Può anche essere calcolato dalla formula che mette in relazione l'energia potenziale elastica con la forza elastica:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
A fisico, l'energia è sempre conservata, mai generata o distrutta.
È possibile trasformare l'energia potenziale elastica in energia potenziale gravitazionale e/o energia cinetica.
L'energia potenziale elastica si converte in energia cinetica più lentamente di quanto farebbe l'energia potenziale gravitazionale.
L'energia potenziale gravitazionale è correlata alla variazione di altezza dei corpi situati in una regione con campo gravitazionale.
Cos'è l'energia potenziale elastica?
L'energia potenziale elastica è uno quantità fisica ridimensionamento relativo all'azione prodotta da materiali elastici o flessibile su altri corpi. Esempi di materiali elastici o flessibili sono molle, gomme, elastici. È una delle forme di energia potenziale, proprio come l'energia potenziale gravitazionale.
Secondo il Sistema Internazionale di Unità (SI), La sua unità di misura è il Joule., rappresentato dalla lettera J.
Lei è direttamente proporzionale alla costante elastica e alla deformazione subita dagli oggetti elastici, quindi, all'aumentare, aumenta anche l'energia potenziale elastica.
Formule dell'energia potenziale elastica
→ Energia potenziale elastica
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → energia potenziale elastica, misurata in Joule \([J]\).
K → costante elastica, misurata in Newton per metro \([N/m]\).
X → deformazione dell'oggetto, misurata in metri\([M]\).
Esempio:
Determinare l'energia potenziale elastica in una molla deformata di 0,5 m sapendo che la sua costante elastica è 200 N/m.
Risoluzione:
Calcoleremo l'energia potenziale elastica usando la sua formula:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
L'energia potenziale elastica è di 25 Joule.
→ Energia potenziale elastica legata alla forza elastica
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → energia potenziale elastica, misurata in Joule \([J]\).
\(Gallo}\) → forza elastica, cioè la forza esercitata dalla molla, misurata in Newton \([N]\).
X → deformazione dell'oggetto, misurata in metri \([M]\).
Esempio:
Qual è l'energia potenziale elastica di una molla che si deforma di 2,0 cm quando è sottoposta a una forza di 100 N?
Risoluzione:
Per prima cosa convertiremo la deformazione da centimetri a metri:
20 cm = 0,2 mt
Quindi calcoleremo l'energia potenziale elastica con la formula che la mette in relazione forza elastica:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
L'energia potenziale elastica è di 10 Joule.
Applicazioni dell'energia potenziale elastica
Le applicazioni dell'energia potenziale elastica si riferiscono principalmente alla sua trasformazione in altre forme di energia o allo stoccaggio di energia cinetica. Di seguito vedremo alcuni esempi quotidiani delle sue applicazioni.
I paraurti delle auto sono progettati per deformarsi quando subiscono un urto, immagazzinando la massima quantità di energia cinetica e convertendola in energia potenziale elastica.
Nel trampolino abbiamo la deformazione delle molle e del materiale elastico, provocando un'energia potenziale elastico che verrà successivamente convertito in energia cinetica ed energia potenziale gravitazionale.
Alcune sneakers hanno molle che riducono l'impatto subito dal movimento, in cui l'energia cinetica viene trasformata in energia potenziale elastica.
Trasformazione dell'energia potenziale elastica
L'energia potenziale elastica obbedisce al principio di conservazione dell'energia, in cui l'energia è sempre conservata e non può essere creata o distrutta. A causa di ciò, lei può essere convertito in altre forme di energia, come ad es energia cinetica e/o energia potenziale gravitazionale.
Come possiamo vedere nell'immagine sottostante, la molla è inizialmente compressa, ma quando viene rilasciata, acquista movimento grazie alla trasformazione dell'energia potenziale elastica in energia cinetica.
Leggi anche: Conservazione della carica elettrica: l'impossibilità di creare o distruggere cariche
Vantaggio e svantaggio dell'energia potenziale elastica
L'energia potenziale elastica presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:
Vantaggio: riduce l'impatto causato dal movimento.
Svantaggio: converte l'energia lentamente rispetto all'energia potenziale gravitazionale.
Differenze tra energia potenziale elastica ed energia potenziale gravitazionale
L'energia potenziale elastica e l'energia potenziale gravitazionale sono forme di energia potenziale legate a diversi aspetti.
Energia potenziale elastica: associato all'azione di molle e oggetti elastici sui corpi.
Energia potenziale gravitazionale: associato alla variazione di altezza dei corpi che si trovano in una regione con campo gravitazionale.
Esercizi risolti sull'energia potenziale elastica
domanda 1
(Enem) Le macchinine possono essere di diversi tipi. Tra questi ci sono quelli a fune, in cui una molla all'interno viene compressa quando il bambino tira indietro il passeggino. Quando viene rilasciato, il carrello inizia a muoversi mentre la molla ritorna alla sua forma iniziale. Il processo di conversione energetica che avviene nel carrello descritto è verificato anche in:
A) una dinamo.
B) un freno per auto.
C) un motore a combustione.
D) una centrale idroelettrica.
E) una fionda (fionda).
Risoluzione:
Alternativa E
Nella fionda, l'energia potenziale elastica della molla viene convertita in energia cinetica, provocando il rilascio dell'oggetto.
Domanda 2
(Fatec) Un blocco di massa 0,60 kg viene fatto cadere da fermo nel punto A su un binario nel piano verticale. Il punto A si trova a 2,0 m sopra la base del binario, dove è fissata una molla di costante elastica 150 N/m. Gli effetti dell'attrito sono trascurabili e adottiamo \(g=10m/s^2\). La compressione massima della molla è, in metri:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Risoluzione:
Alternativa B
Useremo il teorema di conservazione dell'energia meccanica per trovare il valore della massima compressione subita dalla molla:
\(E_{m\ prima}=E_{m\ dopo}\)
UN energia meccanica è la somma delle energie cinetiche e potenziali, quindi:
\(E_{c\ prima}+E_{p\ prima}=E_{c\ dopo}+E_{p\ dopo}\)
Dove l'energia potenziale è la somma dell'energia potenziale elastica e dell'energia potenziale gravitazionale. Quindi abbiamo:
\(E_{c\ prima}+E_{pel\ prima}+E_{pg\ prima}=E_{c\ dopo}+E_{pel\ dopo}+E_{pg\ dopo}\)
Poiché, in questo caso, abbiamo l'energia potenziale gravitazionale che si converte in energia potenziale elastica, allora:
\(E_{pg\ prima}=E_{pel\ dopo}\)
Sostituendo le rispettive formule otteniamo:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cpunto x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0.16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0.4\m\)
Di Pamella Raffaella Melo
Insegnante di Fisica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm