La energía potencial elástica es la energía asociada con las propiedades elásticas de un resorte.
Un cuerpo tiene la capacidad de producir trabajo cuando está unido al extremo comprimido o estirado de un resorte.
Por tanto, tiene energía potencial, ya que el valor de esta energía depende de su posición.
Fórmula
La energía potencial elástica es igual al trabajo de la fuerza elástica que ejerce el resorte sobre un cuerpo.
Como el valor del trabajo de la fuerza elástica es igual, en módulo, al área del gráfico Fél X d (área del triángulo), tenemos:
Entonces como Tfe = Ypie la fórmula para calcular la fuerza elástica será:
Ser,
K la constante elástica del resorte. Su unidad en el sistema internacional (SI) es N / m (newton por metro).
X deformación del resorte. Indica cuánto se ha comprimido o estirado el resorte. Su unidad SI es om (metro).
Ypie energía potencial elástica. Su unidad SI es J (julio).
Cuanto mayor sea el valor de la constante elástica del resorte y su deformación, mayor será la energía almacenada en el cuerpo (Epie).
Transformación de energía potencial elástica
La energía potencial elástica agregada a la energía cinética y la energía potencial gravitacional representan la energía mecánica de un cuerpo en un instante dado.
Sabemos que en los sistemas conservadores la energía mecánica es constante.
En estos sistemas, hay una transformación de un tipo de energía a otro tipo de energía, por lo que su valor total sigue siendo el mismo.
Ejemplo
El puenting es un ejemplo del uso práctico de transformar la energía potencial elástica.
Bungee Jumping – Ejemplo de transformación de energía
En este deporte extremo, se ata una cuerda elástica a una persona y la persona salta desde cierta altura.
Antes de saltar, una persona tiene energía potencial gravitacional, ya que se encuentra a cierta altura del suelo.
A medida que cae, la energía almacenada se transforma en energía cinética y estira la cuerda.
Cuando la cuerda alcanza su máxima elasticidad, la persona vuelve a subir.
La energía potencial elástica se transforma nuevamente en energía cinética y potencial.
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Ejercicios resueltos
1) Para comprimir un resorte 50 cm, era necesario ejercer una fuerza de 10 N sobre él.
a) ¿Cuál es el valor de la constante elástica de ese resorte?
b) ¿Cuál es el valor de la energía potencial elástica de un cuerpo que está conectado a este resorte?
c) ¿Cuál es el valor del trabajo realizado por el resorte en el cuerpo cuando se suelta?
2) El juguete que se muestra en la figura siguiente está compuesto por una caja, un resorte y una cabeza de muñeca. El resorte de 20 cm de largo (no deformado) está unido a la parte inferior de la caja. Cuando la caja está cerrada, el resorte tiene una longitud de 12 cm. La cabeza de la muñeca tiene una masa igual a 10 g. Al abrir la caja, la cabeza de la muñeca se desprende del resorte y se eleva alcanzando una altura de 80 cm. ¿Cuál es el valor de la constante elástica del resorte? Considere g = 10 m / sdos y desprecia la fricción.
3) ENEM – 2007
Con el proyecto de mochila ilustrado anteriormente, se pretende aprovechar parte de la energía desperdiciada en el acto de caminar en la generación de energía eléctrica para activar dispositivos electrónicos portátiles. Las transformaciones de energía involucradas en la producción de electricidad mientras una persona camina con esta mochila se pueden resumir de la siguiente manera:
Las energías I y II, representadas en el esquema anterior, se pueden identificar, respectivamente, como
a) cinética y eléctrica.
b) térmica y cinética.
c) térmica y eléctrica.
d) acústica y térmica.
e) radiante y eléctrico.
4) ENEM – 2005
Observe la situación descrita en la tira a continuación.
Tan pronto como el niño dispara la flecha, hay una transformación de un tipo de energía a otro. La transformación, en este caso, es de energía.
a) potencial elástico en energía gravitacional.
b) gravitacional en energía potencial.
c) potencial elástico en energía cinética.
d) cinética en energía potencial elástica.
e) energía gravitacional en cinética.
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