Energía potencial elástica

Esta catapulta hace uso de la energía potencial elástica.

La energía elástica o energía de deformación es el aumento de energía interna acumulada en el interior de un sólido deformable como resultado del trabajo realizado por las fuerzas que provocan la deformación.

Energía Potencial Elástica: Si se considera un resorte que cuelga del techo y uno de sus extremos está fijo, adosado al techo, mientras su otro extremo está libre, al ejercer una fuerza sobre el resorte éste se puede comprimir, disminuyendo su longitud. Para que el resorte no se estire será necesario mantener una fuerza sobre él. Al acabarse la fuerza, el resorte se descomprime, estirándose.

Si ahora se tiene el resorte con un extremo fijo sobre la mesa, y se ejerce una fuerza para comprimirlo, si el extremo libre de este resorte se pone en contacto con algún cuerpo, al descomprimirse puede provocar que el objeto se mueva, comunicándole energía cinética (energía que poseen los cuerpos cuando se mueven).

Este hecho pone de manifiesto que el resorte comprimido posee energía almacenada que se denomina energía potencial elástica.

Cuando se salta en una cama elástica, también se pone de manifiesto este hecho; la persona que cae desde cierta altura sobre la cama tiene inicialmente una energía potencial que irá disminuyendo progresivamente durante la caída, mientras que su energía cinética (de movimiento) irá aumentando. Al chocar contra la superficie de la cama se perderá energía cinética; los resortes de la cama se colocarán tensos. La energía cinética se ha transferido a los resortes, almacenándose en forma de energía potencial elástica. Ésta se pondrá de manifiesto rápidamente. Los resortes se descomprimirán y le comunicarán movimiento al cuerpo hacia arriba, adquiriendo cierta velocidad, es decir, energía cinética. Ésta irá disminuyendo con la altura mientras que la energía potencial irá aumentando ya que aumentará la altura del cuerpo.

Energía potencialLa energía potencial es aquella que tiene un cuerpo debido a su posición en un determinado momento. Por ejemplo un cuerpo que se encuentra a una cierta altura puede caer y provocar un trabajo o un resorte comprimido o estirado puede mover un cuerpo también produciendo trabajo.

La energía potencial la consideramos como la suma de las energías potencial gravitatoria y potencial elástica, por lo tanto:

Ep = Epg + Epe

Energía potencial gravitatoria (Epg)

Es la que tienen los cuerpos debido a la gravedad de la tierra. Se calcula multiplicando el peso por la altura. Se suele considerar que a una altura cero la Epg es cero, por lo tanto se calcula como:

Epg = P hEpg = m g h

P     =    Pesoh     =    Alturam    =    Masag     =    Aceleración de la gravedadEpg =    Energía potencial gravitatoria

Energía potencial elástica (Epe)

Es la energía acumulada en un cuerpo elástico tal como un resorte. Se calcula como:

K = Constante del resorteΔx = Desplazamiento desde la posición normalEpe = Energía potencial elástica

Energía potencial elástica

 En los sistemas formados por un objeto que interacciona con algo elástico, como un resorte o una liga, la fuerza que actúa sobre los componentes del sistema es directamente proporcional a la distancia que el elástico se estira o se comprime. Si un peso de 10 N colgado de un resorte provoca que se estire 5 cm, un peso de 20 N causará que el resorte se estire 10 cm.

La relación entre la magnitud de la fuerza (F) y el cambio en la longitud del medio elástico (x) puede expresarse como: 

F = K x

 donde K es una constante que tiene un valor distinto para cada cuerpo elástico y es una medida de su rigidez. Entre más grande sea el valor de K, para un resorte por ejemplo, mayor fuerza habrá que aplicar para estirarlo o comprimirlo una distancia x.

Las unidades de la constante K son kg/s2, y al multiplicarlas por las unidades del cambio de longitud x en el SI (m), se obtienen unidades de fuerza(kg × m/s2 = newton). 

 Fig. 1 El cambio de longitud del resorte se duplica al duplicarse el peso.

 La energía potencial de un sistema formado por un medio elástico en contacto con otro cuerpo también depende de los valores de K y del cambio de longitud x. En particular, es mayor entre más rígida es la parte elástica y entre más se deforma, pues eso hace que el sistema pueda adquirir mayor energía cinética cuando se suelte. Cuando disparas una liga para golpear un objeto, ¿qué prefieres, una liga dura o una blanda?, ¿la estiras mucho o poco?

Para evaluar la energía potencial elástica (Ep) del sistema es necesario tomar el siguiente producto: 

 Así, al comprimir 2 × 102 m (2 cm) el resorte de una pistola de dardos, con una constante elástica K = 4 × 102 kg/s2, la energía potencial elástica que adquiere es: 

 Este valor da una idea de la energía cinética que puede adquirir el dardo al ser disparado. Como puedes ver, la energía potencial elástica también se mide en joules en el Sistema Internacional de Unidades, lo mismo que cualquier otra forma de energía, por lo que el joule se considera la unidad de medida de la energía en el SI.

Energía Potencial ElásticaLa energía potencial elástica es energía potencial almacenada como consecuencia de la deformación de un objeto elástico, tal como el estiramiento de un muelle. Es igual al trabajo realizado para estirar el muelle, que depende de la constante del muelle k así como la distancia estirada. De acuerdo con la ley de Hooke, la fuerzarequerida para estirar el muelle es directamente proporcional a la cantidad de estiramiento

Puesto que la fuerza tiene la forma

F = -kxentonces, el trabajo realizado para estirar el muelle, a una distancia x es

Mostrar DetallesPara una constante elástica k=

N/m

y desplazamiento x = m,

la energía potencial = J.Entrar valores en cualquiera de las casillas. Luego haga clic en el texto activo de la cantidad que desea calcular. Los valores no se verán obligados a ser compatibles, hasta que haga clic en la cantidad a calcular.

Indice

Conceptos de Energía

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Energía Potencial del MuellePuesto que el cambio en la energía potencialde un objeto entre dos posiciones, es igual al trabajo que se debe realizar para mover el objeto de un punto a otro, el cálculo de la energía potencial, es equivalente al cálculo del trabajo. Puesto que la fuerza que se requiere para alargar un muelle cambia con la distancia, el cálculo del trabajo implica una integral.

El trabajo se puede visualizar tambien como el área bajo la curva de la fuerza: