A energia potencial elástica é o tipo de energia mecânica guardada em consequência da deformação de certo material elástico.
Depois de comprimir ou esticar um corpo elástico, a exemplo da mola, existe a tendência do material de retornar para a posição original.
Por dedução, cabe afirmar que há uma energia armazenada na deformação dos materiais elásticos.
Energia potencial elástica
Existem objetos que são pensados para armazenar essa energia ligada com a elasticidade. Como exemplo, basta pensar em um trampolim envergado, momentos antes do salto do mergulhador.
No caso apresentado, à medida que o trampolim volta à posição original, ele transfere a sua energia armazenada ao mergulhador, que ganha velocidade para fazer o salto.
Ainda na observação do exemplo, é notável que a energia potencial elástica foi transformada em energia cinética.
Vale ressaltar que um objeto projetado para armazenar a energia elástica, geralmente, tem um elevado limite elástico. Porém, é preciso atentar para o fato de todo objeto elástico ter um limite para a carga que pode sustentar.
De volta ao trampolim, ali existe um máximo de peso para o uso do equipamento esportivo. E o que acontece quando essa demarcação é ultrapassada?
Quando deformado além do limite elástico, o objeto não retorna para a sua forma original. Em outras palavras, o salto do trampolim não seria viável.
Constante elástica
Já que não é possível saltar do trampolim, existe uma forma de determinar a dificuldade imposta pelo próprio material à sua deformação?
A resposta é sim, pois quanto maior for o valor de uma constante, maior será a dificuldade de esticar ou comprimir esse equipamento.
Antes de prosseguir, é importante destacar que a unidade de medida da constante elástica é o Newton por metro (N/m), fixado pelo Sistema Internacional de Unidades (SI).
Cálculo da energia potencial elástica
A energia associada à deformação de objetos elásticos, a exemplo do trampolim envergado, é dada por:
Seguindo as informações apresentadas na equação, temos:
- EPel= Energia potencial elástica (J);
- k = Constante elástica (N/m);
- x = Deformação sofrida pelo material elástico (m).
Para ficar mais simples, é preciso ter em mente que a quantidade de energia armazenada pelo equipamento é o EPel, sempre considerando que o trampolim – ou outro objeto – está sob o efeito de uma força que o deforma. Essa energia é medida em Joules (J).
Na análise da constante elástica (k), vale saber que essa é uma propriedade de cada material estudado. Por isso, os materiais que apresentam constante elástica elevada são normalmente mais duros, pois precisam receber um elevado grau de força para sofrer alguma deformação.
Ao olhar para o outro lado da moeda, é notável que os materiais com baixas constantes elásticas são deformados com certa facilidade.
E o x? Essa é a medida de deformação sofrida por um objeto, a exemplo do trampolim envergado. A medida de deformação é x, mas dever ser apresentada em metro (m).
É importante lembrar que, caso o objeto tenha seu comprimento aumentado, x terá sinal positivo. Por conclusão, no momento em que o objeto tiver seu comprimento diminuído, o sinal de x vai ficar negativo.
Outros exemplos de aplicação
Ciente que a energia mecânica de um corpo em certo tempo é fruto da soma da energia potencial elástica, da energia cinética e da energia potencial gravitacional, no trampolim curvado – assim como em outras aplicações de sistemas elásticos – existe a transformação de uma forma de energia em outra.
No salto com vara, por exemplo, no instante em que a vara é fincada no sifão, a energia cinética adquirida é transferida para a vara. O resultado do fenômeno é a dobra da vara, armazenando de forma momentânea a energia recebida.
Momentos depois, a energia potencial elástica é convertida com rapidez em energia cinética e energia potencial gravitacional. A conversão vai ocorrer até que o atleta alcance a altura máxima praticável.
De um modo geral, principalmente no âmbito esportivo, esse fenômeno acontece em diferentes situações. Por isso, vale mencionar exemplos como:
- Quando um atleta puxa a corda de um arco e flecha;
- Quando alguém estica ou comprime uma mola;
- Quando uma pessoa salta em bungee jumping.
Nos casos apresentados, é presumível que a energia está sempre sendo usada para deformar um objeto.