L'energia potencial elàstica és un tipus específic d'energia emmagatzemada en objectes deformables, com ara ressorts i bandes elàstiques, quan s'estiren o es comprimeixen.
Aquesta energia s'emmagatzema a l'objecte deformable pel fet que els àtoms que componen el material s'empenyen entre ells per tornar a la posició natural. Quan l'objecte torna a la forma original, aquesta energia s'allibera i els àtoms deixen d'empènyer-se entre ells. Aquest concepte demmagatzematge i alliberament denergia és essencial en nombroses aplicacions pràctiques.
Per tant, aquest tipus denergia es deu a la capacitat daquests objectes per recuperar la seva forma original després de ser deformats.
Què passa dins dels materials elàstics?
Quan comprimim un material, com un ressort, a nivell atòmic es produeixen canvis en la configuració dels àtoms o molècules que componen aquest material.
Imagina un ressort al seu estat natural, no deformat. En aquest estat, els àtoms o les molècules del material estan disposats de manera equilibrada i en una posició d'equilibri. Quan apliques una força per comprimir el ressort, estàs exercint una pressió sobre les partícules del material, cosa que provoca una deformació.
A nivell atòmic, la compressió del material implica que els àtoms o les molècules s'acosten entre si. Això pot provocar canvis en les forces interatòmiques i en l'estructura del material. En comprimir el material, els àtoms s'acosten més, cosa que pot afectar les forces d'enllaç i la disposició dels àtoms.
Ley de Hooke: fórmula de cálculo
La llei de Hooke, formulada pel científic britànic Robert Hooke, és crucial per comprendre aquest fenomen. Mitjançant aquesta llei, es pot establir que la força necessària per estirar o comprimir un ressort és directament proporcional a la distància que es deforma.
Quan apliquem una força per estirar o comprimir un ressort, aquest experimenta una deformació que es mesura en termes d'elongació o compressió.
Fórmula
La llei de Hooke estableix que la força és directament proporcional a l'elongació o compressió del ressort, segons la fórmula matemàtica F = k * x, on F és la força aplicada, k és la constant elàstica del ressort ix és l'elongació o compressió. Aquesta relació lineal indica que, a mesura que augmenta la deformació, la força requerida també ho fa proporcionalment.
L'energia potencial elàstica (EPE) es calcula utilitzant la fórmula EPE = 0.5 * k * x^2, on EPE és l'energia potencial elàstica, k és la constant elàstica ix és la deformació.
Exemples de l'energia potencial elàstica
Joguines i entreteniment
L'energia potencial elàstica es troba a moltes joguines i dispositius d'entreteniment. Per exemple, els llançadors de joguines, com ara pistoles de joguina i catapultes, utilitzen ressorts per emmagatzemar energia potencial elàstica. Quan s'allibera el ressort, l'energia emmagatzemada es converteix en energia cinètica, llençant la joguina o el projectil.
Esports
En l'àmbit esportiu, hi ha nombrosos equipaments que apliquen aquest principi com a arcs i ballestes. Els arcs emmagatzemen energia potencial elàstica quan s'estiren i alliberen aquesta energia quan la corda de l'arc es deixa anar, propulsant la fletxa cap al seu objectiu.
Amortidors
En el disseny de vehicles es fan servir amortidors i sistemes de suspensió en vehicles que utilitzen la capacitat d'alguns materials per alliberar energia de manera controlada, brindant un viatge suau i segur.
