La energía que un elemento ha almacenado en él como resultado de su ubicación se conoce como energía potencial . Cuando pensamos en la energía potencial, la primera imagen que nos viene a la mente suele ser un objeto en el aire que está empezando a caer. Debido a su altura, tiene energía potencial almacenada en él. A medida que desciende, esta energía se convierte en energía cinética. Sin embargo, existen otras circunstancias en las que un elemento puede tener energía potencial. Una sustancia elástica es un ejemplo de ello. Con un ejemplo, repasaremos la fórmula de la energía potencial elástica en este artículo. ¡Estudiemos la idea!
¿Qué es la Energía Potencial?
En función de su posición, un objeto puede almacenar energía. Cuando la bola pesada de una máquina de demolición se mantiene en una posición elevada, almacena energía. Esta energía posicional almacenada se conoce como energía potencial. De manera similar, como resultado de su postura, un arco tenso puede almacenar energía.
No hay energía almacenada en el arco mientras está en su posición normal (es decir, sin tirar). Sin embargo, cuando su posición cambia de su estado de equilibrio típico, el arco puede almacenar energía debido a su ubicación. Esta energía posicional almacenada se conoce como energía potencial. La energía potencial es la energía almacenada de la ubicación de un objeto.
La energía potencial es la energía que posee un cuerpo como resultado de su ubicación con respecto a un punto de referencia.
La energía potencial se clasifica en dos tipos:
- Energía potencial gravitacional: cuando un cuerpo se eleva a una altura determinada sobre el suelo, la energía que contiene se conoce como energía potencial gravitacional.
- Energía potencial elástica: La energía potencial elástica es la segunda forma de energía. La energía potencial elástica puede estirarse o comprimirse en ambas direcciones. Para que opere la energía potencial elástica, el objeto debe ser elástico.
Analicemos la energía potencial elástica en detalle como:
Energía potencial elástica
Esta es la energía almacenada en un objeto como resultado de la distorsión de su forma. La energía potencial elástica se puede encontrar en cualquier elemento que se pueda distorsionar y luego devolver a su forma original. Por ejemplo, bandas elásticas, esponjas, cuerdas elásticas y otros artículos similares.
La energía potencial elástica es la energía que se acumula como resultado del uso de la fuerza para la deformación de un elemento elástico. La energía se acumula hasta que se resuelve la fuerza, y el objeto volverá a su forma original, completando las tareas en el proceso. La deformación puede ser compresión, estiramiento o torsión de un objeto. Por ejemplo, muchos de los objetos han sido diseñados específicamente para el almacenamiento de energía potencial elástica:
Se ha diseñado un objeto para el almacenamiento de energía potencial elástica y tiene un alto límite elástico, sin embargo, todas las propiedades flexibles de un impuesto fronterizo, que podrán detenerlo. Como el objeto se deforma por encima de su límite elástico, no volverá a su forma original. En generaciones anteriores, los engranajes, los relojes mecánicos se deben a los recursos que también eran accesorios populares. En este momento, no es probable que seamos mecánicos, teléfonos inteligentes, porque no hay materiales con un límite elástico alto, el almacenamiento de energía potencial elástica a densidades de energía suficientemente altas.
La energía potencial elástica es la energía potencial almacenada al estirar o comprimir un objeto elástico por una fuerza externa, como el estiramiento de un resorte o una cuerda de goma elástica.
Ley de Hooke
Al considerar la energía potencial elástica, uno de los elementos más típicos a considerar es un resorte. Los resortes se pueden distorsionar de dos maneras, las cuales dan como resultado una restauración del equilibrio. Pueden estirarse y comprimirse. Para obtener la fórmula de la energía potencial elástica de un resorte, primero debemos examinar la ley de Hooke.
No hay energía almacenada en el arco mientras está en su posición normal (es decir, sin tirar). Sin embargo, cuando su posición cambia de su estado de equilibrio típico, el arco puede almacenar energía debido a su ubicación. Esta energía posicional almacenada se conoce como energía potencial. La energía potencial es la energía almacenada de la ubicación de un objeto.
El desplazamiento del resorte se denota por x, mientras que la constante del resorte se denota por k. Esta constante es la medida de la rigidez de un resorte y es única para cada resorte. La constante del resorte se ve afectada por factores como el material del resorte y el grosor del alambre enrollado, entre otros.
La ley de Hooke establece que la deformación del material es proporcional a la tensión aplicada dentro del límite elástico de ese material.
Matemáticamente,
F = –kx
donde F es la fuerza, x es la longitud de extensión y k es la constante del resorte en N/m.
La fórmula con el signo negativo se usa comúnmente para describir la ley de Hooke como una fuerza restauradora, pero la versión positiva también es aceptable. El desplazamiento del resorte se denota por x, mientras que la constante del resorte se denota por k. Esta constante es la medida de la rigidez de un resorte y es única para cada resorte.
La constante del resorte se ve afectada por factores como el material del resorte y el grosor del alambre enrollado, entre otros.
Cuando los objetos elásticos se estiran, los átomos y las moléculas se degeneran hasta que se aplica la tensión y cuando se quita la presión vuelven a su estado original. De acuerdo con la ley de Hooke , la fuerza aplicada para estirar el resorte es directamente proporcional a la cantidad de estiramiento.
Fórmula para energía potencial elástica
Podemos decir que la energía potencial elástica es igual al trabajo realizado para estirar el resorte que depende de la constante del resorte k y la distancia estirada.
Energía potencial elástica
Del diagrama anterior, podemos decir que la fuerza requerida para estirar el resorte es directamente proporcional a su desplazamiento.
La fuerza requerida para estirar el resorte es directamente proporcional a su desplazamiento. se da como
PE = Magnitud de la Fuerza × Desplazamiento
o
PE = 1/2 × kx 2
Aquí, el signo -ve indica la dirección opuesta.
Problema de muestra
Problema 1: Geek tira de un resorte con una constante de resorte k=100 N/m estirándolo desde su longitud de reposo de 0,10 ma 0,20 m. ¿Cuál es la energía potencial elástica almacenada en el resorte?
Solución:
La energía potencial almacenada en el resorte es
J
desplazamiento d= 0,20 m – 0,10 m
re = 0,10 m
k = 100 N/m
vamos a sustituir todos los valores en la fórmula.
EP =
J
=
J
= 0,50 J
Problema 2: El resorte vertical está ligado a una carga de 10 kg de masa que se comprime 10 m. Determine la constante de fuerza del resorte.
Solución:
Masa m = 10 kg
Desplazamiento d = 10 m
F = mamá
=
= 98 norte
La fuerza en el resorte estirado es
F = kd
Entonces k = F / d
= 98 / 10
= 9,8 N/m
k = 9,8 N/m
Problema 3: ¿Cómo se calcula la energía potencial?
Solución:
Es el producto de la Fuerza aplicada sobre el objeto y el desplazamiento del objeto.
PE = FX d
F -> Fuerza
d -> desplazamiento
Problema 4: Un niño tira de un resorte con una constante de resorte k=200 N/m que se estira 0,10 m. ¿Cuál es la energía potencial elástica almacenada en el resorte?
Solución:
La energía potencial almacenada en el resorte es
desplazamiento d= 0,10 m
re = 0,10 m
k = 200 N/m
vamos a sustituir todos los valores en la fórmula.
PE =
=
= 1,00 J
Problema 5: ¿Qué es la Ley de Hooke?
Solución:
La ley de Hooke establece que la deformación del material es proporcional a la tensión aplicada dentro del límite elástico de ese material.
F = –kx
dónde
F es la fuerza
x es la longitud de la extensión
k es la constante de resorte en N/m
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Artículo escrito por pulamolusaimohan y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA