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Tipos de Energia

Energía Potencial Elástica: todo lo que necesitas saber

Energía Potencial Elástica

La energía potencial elástica es uno  más de los tipos de energía potencial que existen. Además, existen otros tres tipos de energía potencial. Entre ellos se encuentra la energía potencial química, el modelo gravitacional o la potencial eléctrica.  Por el contrario, puedes tener información sobre la energía potencial en general en este enlace.

Este texto pretende abordar cuestiones esenciales  como el modo en  que la empleamos, las aplicaciones prácticas que de ella se obtienen y la forma en la que afecta a  nuestras vidas.

Qué es la energía potencial elástica

La potencial elástica es aquella energía almacenada que resulta de la aplicación de una fuerza para deformar un objeto elástico:

  • La energía queda almacenada hasta que la fuerza desaparece y el objeto elástico recupera su forma original, desarrollando un trabajo durante el proceso
  • La deformación puede implicar la compresión, el estiramiento o el retorcimiento del objeto
  • Un objeto que esté diseñado de modo específico para el almacenamiento de este tipo de energía, normalmente tendrá un límite elástico alto. Ahora bien, todos los objetos elásticos cuentan con un límite para la carga que son capaces de soportar
  • Cuando una deformación excede el límite elástico, el objeto pierde la capacidad de volver a su forma original
  • La energía potencial elástica consiste en la capacidad que tiene un cuerpo elástico (muelle, arco, resorte, etc.) para llevar a cabo un trabajo según la posición en la que se encuentre respecto a su posición de equilibrio
  • Dicho en sentido contrario, este tipo de energía contenida en un muelle, arco o resorte, sería igual al trabajo que realiza una fuerza externa a él para llegar a causarle tal deformación
  • La mencionada energía potencial va a ser proporcional al cuadrado de la deformación que haya producido
  • La variación de la potencial elástica de un sistema, como un muelle-peso, es el valor negativo del trabajo que se realiza por una fuerza conservativa, es decir, por una fuerza conservadora del muelle

¿Cómo se miden las fuerzas?

Cuando aplicamos una fuerza a un muelle, lo más probable es que se alargue. Si la fuerza se duplica, el alargamiento se duplicará también. A este sencillo razonamiento se le conoce como ley de Hooke.

La ley de Hooke viene a decir que el alargamiento de un muelle es directamente proporcional a la fuerza que se le aplique, siempre y cuando se cumpla la premisa de que dicho muelle no se deforme permanentemente.

F=k⋅(x−x0)

Donde:

  • F será el módulo de la fuerza que se aplique sobre el muelle
  • K será la constante elástica del muelle, que va a relacionar fuerza y alargamiento A mayor valor, más trabajo va a costar estirar el muelle. Va a depender del muelle, de tal manera que cada uno tendrá la suya propia
  • x0 será la longitud del muelle sin aplicar la fuerza
  • x será la longitud del muelle con la fuerza aplicada

Si, cuando apliquemos la fuerza deformamos el muelle de modo permanente, habremos superado su límite de elasticidad.

¿Y para qué sirve todo esto en relación con la medida de fuerzas?

  • Pues lo cierto es que sirve y bastante. Es más, la información que la ley de Hooke nos proporciona se utiliza para la construcción de los dinamómetros, unos dispositivos que tienen la capacidad de medir las fuerzas
  • Básicamente puede decirse que un dinamómetro está formado por un cilindro transparente que contiene un muelle en el que uno de sus lados va unido a la base del mismo y el otro a un gancho
  • Cuando se aplica una fuerza sobre el gancho, el muelle estira. Va a depender del alargamiento sufrido para poder saber la fuerza que ha sido aplicada
  • Habitualmente el muelle lleva adherida una flecha. El lugar hacia el que apunte la flecha se marca sobre el cilindro 0 N
  • Con posterioridad se cuelga una masa de 100 gramos y se vuelve a marcar de nuevo, pero esta vez con 1 N. A continuación se repite el proceso con 200 gramos (2 N) y así sucesivamente
  • Si tiramos ahora del gancho, sabremos la fuerza que estamos aplicando

Ejemplos de  potencial elástica

  • Muchos objetos se han diseñado de forma específica para el almacenamiento del tipo de energía que estamos tratando en este texto
  • Ejemplos de este tipo de objetos pueden ser desde el muelle de un reloj de cuerda, hasta un trampolín doblado justo antes de que el nadador salte, pasando por una pelota de goma en el instante que se comprime al chocar con una pared de ladrillos

Energía potencial elástica para niños

Es importante que los niños adquieran conocimientos de energía para complementar sus conocimientos de ciencia. Lo ideal es adaptar tales nociones a su edad y proporcionarles explicaciones amenas que incluyan sencillos ejemplos como el que viene a continuación.

Experimento con energía elástica

Ahora  vamos a sugerir la realización de un  interesante y divertido experimento doméstico de potencial elástica  que podréis realizar desde casa  (adoptando siempre las debidas medidas de precaución).

El objetivo del mismo no es otro que entender el funcionamiento del tipo de energía que estamos tratando.

Materiales necesarios:

  • Varias gomas elásticas del mismo tipo y longitud
  • Tiza
  • Regla
  • Metro o cinta métrica

Pasos a seguir:

En el caso de que tengas una regla larga, la puedes utilizar directamente para el lanzamiento. Si no es así hazte por ejemplo con una madera y marca en ella distancias que vayan de 5 en 5 centímetros.

Procura que alguien te ayude y busca un lugar que os permita realizar este experimento en el exterior.

¡Ojo! Tu ayudante se deberá colocar lejos de tu línea de tiro. El punto de lanzamiento será una línea que marcarás en el suelo.

¿Estás preparado? Sigue los pasos siguientes:

  1. Coloca la regla en la línea de lanzamiento
  2. Engancha la goma elástica en el punto cero
  3. Estira la goma hasta que llegue a los 10 centímetros
  4. Suéltala y a continuación pide a tu ayudante que marque en el suelo el punto de aterrizaje
  5. Repite varias veces el lanzamiento desde el mismo punto y con la misma longitud
  6. Luego, repite las pruebas con una goma del mismo tipo, pero estirándola hasta los 15, 20, 25 y 30 centímetros
  7. Mide y apunta la distancia que la goma recorre en cada caso. ¿Observas relación entre la longitud a la que vas estirando la goma y la distancia que alcanza una vez que la sueltas?

¿Qué ha pasado?

  • Ha pasado que las gomas elásticas las forman largas cadenas de moléculas enrolladas que forman una especie de red
  • Una vez que la estiras, tales moléculas se desenrollan, colocándose en línea unas junto a otras
  • La energía que estás utilizando para estirar la goma se acumula en la misma en forma de energía potencial elástica

¿Cuál es la razón?

  • Al soltar la goma, las moléculas tienden a recuperar su forma inicial, enrollándose nuevamente y la energía que se acumula en forma de potencial elástica se transforma con rapidez en energía cinética, que es la causante del movimiento
  • Ello hace que la goma salga volando. Cuanto más estiras la goma, más energía elástica vas acumulando y mayor distancia recorre la goma

¿Se puede hacer algo más?

  • Prueba con gomas de distintos grosores y longitudes
  • Comprueba la forma en la que estos 2 factores afectan a la distancia de aterrizaje de la goma
  • Comprueba la forma en la que la temperatura afecta a la elasticidad de una goma elástica

 

Vídeo sobre la potencial elástica:

Fuentes y Referencias

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