Energía potencial elástica

Energia potencial elastica

La energía potencial es la energía que un objeto tiene almacenada debido a su posición. Cuando pensamos en la energía potencial, a menudo lo primero que nos viene a la mente es un objeto elevado en el aire y que empieza a caer. Tiene energía potencial almacenada debido a su altura, y esa energía se convertirá en energía cinética al caer. Sin embargo, ésta no es la única situación en la que un objeto tiene energía potencial. Se trata de un tipo específico de energía potencial llamado energía potencial gravitatoria. Otro tipo común de energía potencial es la energía potencial elástica.

Se trata de la energía que tiene un objeto debido a su deformación. Cualquier objeto que pueda deformarse y volver a su forma original puede tener energía potencial elástica. Los objetos a los que se aplica esta energía son, por ejemplo, las gomas elásticas, las esponjas y las cuerdas elásticas, entre muchos otros. Cuando se deforman estos objetos, vuelven a su forma original por sí solos. Como contraejemplo, un objeto que no se vería afectado por la energía potencial elástica sería algo como una hoja de papel de aluminio. Si arrugas una lámina en forma de bola, no volverá a convertirse en lámina cuando la sueltes.

¿Qué es la energía potencial elástica?

La energía potencial elástica es la energía almacenada como resultado de la aplicación de una fuerza para deformar un objeto elástico. La energía se almacena hasta que se elimina la fuerza y el objeto vuelve a su forma original, realizando un trabajo en el proceso. La deformación puede consistir en comprimir, estirar o retorcer el objeto. Muchos objetos están diseñados específicamente para almacenar energía potencial elástica, por ejemplo:

El muelle de un reloj de cuerda
El arco tensado de un arquero
Un trampolín doblado, justo antes de que un buceador salte
La banda elástica retorcida que impulsa un avión de juguete
Una pelota que rebota, comprimida en el momento en que rebota en una pared de ladrillos.

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Un objeto diseñado para almacenar energía potencial elástica suele tener un límite elástico alto, pero todos los objetos elásticos tienen un límite de carga que pueden soportar. Cuando se deforma más allá del límite elástico, el objeto ya no vuelve a su forma original. En generaciones anteriores, los relojes mecánicos de cuerda accionados por muelles helicoidales eran accesorios populares. Hoy en día, no solemos utilizar smartphones de cuerda porque no existen materiales con un límite elástico lo suficientemente alto como para almacenar energía potencial elástica con una densidad de energía suficiente.

¿Qué pasa con los materiales elásticos reales?

En nuestro artículo sobre la ley de Hooke y la elasticidad hablamos de cómo los resortes reales sólo obedecen la ley de Hooke en un determinado rango de fuerza aplicada. Algunos materiales elásticos, como las bandas de goma y los plásticos flexibles, pueden funcionar como muelles, pero a menudo tienen histéresis, lo que significa que la curva de fuerza frente a extensión sigue una trayectoria diferente cuando el material se deforma y cuando se relaja hasta su posición de equilibrio.

Afortunadamente, la técnica básica de aplicar la definición de trabajo que empleamos para un muelle ideal también funciona para los materiales elásticos en general. La energía potencial elástica siempre se puede encontrar a partir del área bajo la curva de fuerza vs. extensión, independientemente de la forma de la curva.