La energía potencial elástica es un tipo específico de energía almacenada en objetos deformables, como resortes y bandas elásticas, cuando se estiran o comprimen.
Esta energía se almacena en el objeto deformable debido a que los átomos que componen el material se empujan entre ellos para volver a la posición natural. Cuando el objeto vuelve a su forma original, esta energía se libera y los átomos dejan de empujarse entre ellos. Este concepto de almacenamiento y liberación de energía es esencial en numerosas aplicaciones prácticas.
Por lo tanto, este tipo de energía se debe a la capacidad de estos objetos para recuperar su forma original después de ser deformados.
¿Qué sucede dentro de los materiales elásticos?
Cuando comprimimos un material, como un resorte, a nivel atómico se producen cambios en la configuración de los átomos o moléculas que componen ese material.
Imagina un resorte en su estado natural, no deformado. En este estado, los átomos o moléculas del material están dispuestos de manera equilibrada y en una posición de equilibrio. Cuando aplicas una fuerza para comprimir el resorte, estás ejerciendo una presión sobre las partículas del material, lo que provoca una deformación.
A nivel atómico, la compresión del material implica que los átomos o moléculas se acercan entre sí. Esto puede dar lugar a cambios en las fuerzas interatómicas y en la estructura del material. Al comprimir el material, los átomos se acercan más, lo que puede afectar las fuerzas de enlace y la disposición de los átomos.
Ley de Hooke: fórmula de cálculo
La ley de Hooke, formulada por el científico británico Robert Hooke, es crucial para comprender este fenómeno. Mediante esta ley, se puede establecer que la fuerza necesaria para estirar o comprimir un resorte es directamente proporcional a la distancia que se deforma.
Cuando aplicamos una fuerza para estirar o comprimir un resorte, éste experimenta una deformación que se mide en términos de elongación o compresión.
Fórmula
La ley de Hooke establece que la fuerza es directamente proporcional a la elongación o compresión del resorte, según la fórmula matemática F = k * x, donde F es la fuerza aplicada, k es la constante elástica del resorte y x es la elongación o compresión. Esta relación lineal indica que, a medida que aumenta la deformación, la fuerza requerida también lo hace proporcionalmente.
La energía potencial elástica (EPE) se calcula utilizando la fórmula EPE = 0.5 * k * x^2, donde EPE es la energía potencial elástica, k es la constante elástica y x es la deformación.
Ejemplos de la energía potencial elástica
Juguetes y entretenimiento
La energía potencial elástica se encuentra en muchos juguetes y dispositivos de entretenimiento. Por ejemplo, los lanzadores de juguetes, como pistolas de juguete y catapultas, utilizan resortes para almacenar energía potencial elástica. Cuando se libera el resorte, la energía almacenada se convierte en energía cinética, lanzando el juguete o el proyectil.
Deportes
En el ámbito deportivo, existen numerosos equipamientos que aplican este principio como arcos y ballestas. Los arcos almacenan energía potencial elástica cuando se estiran y liberan esta energía cuando la cuerda del arco se suelta, propulsando la flecha hacia su objetivo.
Amortiguadores
En el diseño de vehículos se utilizan amortiguadores y sistemas de suspensión en vehículos que utilizan la capacidad de algunos materiales para liberar energía de manera controlada, brindando un viaje suave y seguro.