La energía potencial elástica se refiere a la energía almacenada en un material elástico cuando se estira o comprime.
Los objetos elásticos son materiales que pueden deformarse temporalmente cuando se someten a una fuerza y vuelven a recuperar su forma original cuando se libera la fuerza.
Por ejemplo, imagine hacer ejercicios con una banda elástica. Al estirar la banda elástica, se almacena energía potencial elástica en el material.
La cantidad de energía potencial elástica almacenada en una banda depende del grado de elongación que le haya dado a esta y de su constante elástica.
Cuanto más estire la banda elástica, más energía potencial elástica se almacena en ella.
Al soltar la banda elástica, la energía potencial elástica almacenada se convierte en energía cinética, lo que hace que la banda elástica se contraiga y vuelva a su forma original.
En resumen, cuando un material elástico se estira o se comprime, resiste la deformación y trata de volver a su forma original y la energía requerida para estirar o comprimir el objeto se almacena como energía potencial elástica.
Fórmula para calcular la Energía Potencial Elástica
Para calcular la energía potencial elástica almacenada en un material elástico, se utiliza la siguiente fórmula:
Donde:
- Ep → es la energía potencial del objeto.
- k → es la constante elástica del material.
- x → es la distancia que el material se ha deformado desde su posición de equilibrio.
La fórmula de la energía potencial elástica proviene de la ley de Hooke (F=K*x), que establece que la fuerza requerida para deformar un material elástico es proporcional a la cantidad de deformación que se produce.
Al integrar la fuerza en función de la deformación, se puede obtener una expresión de la energía almacenada en un material elástico en función de su constante elástica y la deformación experimentada (Ep).
Unidades de Energía Potencial Elástica
Energía Potencial Elástica: Características claves
- En un cuerpo elástico se almacena la energía potencial elástica cuando este se deforma desde su posición de equilibrio.
- Ep = 0 cuando el material elástico no se estira ni se comprime.
- La cantidad de energía potencial elástica almacenada en un material depende de la rigidez del material y del grado de deformación al que está sujeto.
- La energía elástica potencial almacenada en un cuerpo elástico también depende de su constante elástica. Cuanto mayor sea la constante, más energía potencial elástica puede almacenar.
- Cuando un material elástico vuelve a su posición de equilibrio, la energía potencial elástica se convierte en energía cinética.
- La posición x = 0 es donde el resorte está en la posición de equilibrio (ni estirado ni comprimido).
Ejercicios resueltos de Energía Potencial Elástica
Ejemplo 1. Se tiene un resorte con una constante elástica de 50 N/m. Si el resorte se comprime 0.2 metros desde su posición de equilibrio, ¿cuánta energía potencial elástica se ha almacenado en el resorte?
Solución: Se tiene la siguiente información:
Sustituyendo los valores dados en la ecuación se obtiene:
La energía potencial elástica es de 1 Joule.
Ejemplo 2. Un resorte es comprimido por un bloque requiriendo una energía potencial de 0.007 J. Si la constante elástica del resorte es de 10 N/m. ¿Qué distancia se desplaza desde su posición de equilibrio?
Solución: Se tiene la siguiente información:
Ep = 0.07 J
x = Desconocida
k = 10 N/m
Primero se despeja “x” de la ecuación general:
Sustituyendo los valores conocidos:
El resorte se desplaza 0.118 metros de su posición de equilibrio.