Energia Potencial Elástica (Epel)
É a energia "armazenada" em uma mola e atribuída a um corpo.
O valor da energia potencial elástica depende da posição do corpo, que determina o quanto a mola está deformada.
Considere uma mola ligada a uma parede e um bloco, responsável pela interação deles.
A parede não recebe energia da mola, já que ela não se move (não é feito trabalho sobre ela). Logo, toda energia da mola fica disponível apenas para o corpo. Aliás, por isso é chamada de "potencial", que significa "a dispor".
Por isso, quando um corpo está em contato com uma mola, podemos dizer que ele tem a energia da própria mola, ou seja, ELE tem energia potencial elástica (Epel).
Para calcularmos a Epel precisamos saber o quanto a mola é difícil de ser deformada, ou seja, a sua flexibilidade. Toda mola possui uma constante elástica (k) que informa essa propriedade. Essa constante nos diz qual a intensidade da força para provocar uma deformação de 1 unidade de comprimento.
No sistema internacional de unidades (S.I), uma mola com constante elástica k=600N/m significa que é preciso fazer uma força de 600N para comprimi-la 1m.
Mas é claro que mesmo as maiores molas não sofrem deformações de 1m! Caso isso viesse a acontecer, poderia provocar uma deformação permanente. Este valor se deve ao fato de utilizarmos as unidades do S.I., onde a unidade de comprimento é o metro (m).
A deformação sofrida pela mola é proporcional à força feita sobre ela, sendo assim, para deformá-la 1m é preciso uma força de 600N, para 0,5m (50cm) uma força de 300N, e 0,25m (25cm) apenas 150N, e assim por diante.
Agora, considere um bloco ligado a uma mola, relaxada quando está na origem das posições (x=0). Quando o bloco é retirado dessa posição, sofrendo um deslocamento x (em metros), a mola sofre também uma deformação igual (x).
O módulo da força elástica (Fel) feita por uma mola sobre um corpo em contato com ela é proporcional à deformação x sofrida.
O fator de proporcionalidade é a própria constante elástica k da mola.
Graficamente, o módulo da força elástica Fel varia com a deformação x da mola, da seguinte forma:
Como a força tem a mesma direção do deslocamento, a área sobre o gráfico representa o trabalho da força elástica sobre o corpo.
Quando a mola desloca o corpo uma distância x igual a sua deformação, ela terá voltado a sua forma relaxada e, entregue toda a sua energia potencial elástica a ele. Sendo assim, esse trabalho representa a energia armazenada na mola.
Ou seja, para uma mola com constante elástica conhecida k que sofreu uma deformação x, a energia potencial elástica Epel armazenada (e disponível para o corpo) é obtida por:
Perceba que x além de representar a deformação da mola, também é a posição do corpo, que determina o valor da energia potencial elástica atribuída a ele.
Exemplo 1
Uma mola de constante elástica k=800N/m está comprimida 20cm.
b) Se esta mola passar a realizar trabalho sobre um carrinho com massa de 2kg em contato com ela, entregando-lhe toda a sua energia calculada no item anterior, que velocidade final v o carrinho atingiria após perder o contato com a mola? Despreze o atrito.
Quando a mola realiza trabalho sobre o carrinho, a sua energia potencial elástica vai, aos poucos, sendo transferida para ele, convertendo-se em energia cinética. Se toda energia potencial elástica da mola (16J) for transferida para o carrinho, teremos:
De modo que o carrinho atingirá uma velocidade final de 4m/s.
Existem outras formas de energias potenciais na Física, mas na Mecânica, é essencial conhecermos também a energia potencial gravitacional. Então, clique no botão "avançar" para continuarmos.
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