Forma de energia pode ser convertida em outras grandezas físicas
A energia potencial elástica é a energia acumulada pelos corpos elásticos. Na natureza, entre as propriedades da matéria, existem materiais que têm a chamada elasticidade.
Na relação com o corpo elástico, a energia é armazenada até que a força seja removida e o objeto elástico volte para o seu estado normal, gerando trabalho no decorrer do processo.
Mas como se cria trabalho? Quando a força aplicada no objeto elástico termina, a energia potencial elástica é convertida em energia cinética. Nesse momento, é possível afirmar que ocorreu uma realização de trabalho pela força elástica.
A deformação de um corpo pode ocorrer por ações como comprimir, esticar ou torcer. Entre os objetos do cotidiano que são capazes de armazenar essa forma de energia, vale destacar:
• Os amortecedores dos veículos;
• As molas dos colchões;
• As tiras de borracha;
• O trampolim;
• Um arco e flecha.
É importante atentar para o fato da energia potencial elástica só ocorrer quando esses objetos voltarem para o mesmo tamanho original, sem mudança causada pela ação momentânea de uma força.
Mola serve de estudo da energia potencial elástica.
(Foto: Public Domain Pictures)
Cálculo da energia potencial elástica
A fórmula aplicada no cálculo da energia associada à deformação de objetos elásticos relaciona a sua constante elástica (k) com a deformação sofrida pelo corpo (x). Dessa forma, se tem a seguinte equação:
Fórmula da energia potencial elástica.
Pela equação, cujo o valor é dado em Newton por metro (N/m), temos:
• Epel — Energia potencial elástica (J - Joules);
• k — Constante elástica (N/m);
• x — Deformação do objeto (m).
Ao olhar para as variáveis, Epel é a quantidade de energia armazenada pelo corpo elástico, considerando que o corpo está sob efeito de uma determinada força. Essa força é a responsável pela deformação do objeto.
O k é a propriedade do material. Os materiais que têm grande constante elástica são duros, enquanto os de baixa constante são deformados com mais facilidade. Por dedução, quanto maior a constante elástica, maior a força necessária para alterar o estado natural da peça.
Já o x é a medida da deformação sofrida pelo objeto. Por exemplo, se a mola de um colchão tem o tamanho de 15 cm, relaxada, e passa a ser esticada até 20 cm, então a sua deformação é de 5 cm.
Como a unidade de medida de x é dada em metros, após a conversão das unidades de medida, é encontrado o valor de 0,05 cm. Caso o a mola do colchão tenha o seu comprimento aumentado, x terá sinal positivo. Na situação em que a mola estiver com o seu comprimento reduzido, também por causa de uma certa força, o sinal de x será negativo.
Vale pontuar que um objeto projetado para guardar energia potencial elástica tem um limite elástico alto, no entanto, todos os materiais elásticos têm um limite de carga que podem sustentar.
Quando deformado além desse limite, o objeto não retorna à sua forma original. Ainda no exemplo anterior, o amortecimento do colchão ficaria comprometido pela novo formato da sua mola.
Transferência de energia
No sistema de arco e flecha, para conseguir acertar um alvo, uma pessoa usa a energia dos músculos para puxar o fio e a flecha para trás. Com isso, uma energia potencial elástica fica represada no fio esticado.
Quando a pessoa solta a corda, essa energia é convertida em energia cinética para a flecha. Ou seja, ela recebe o que precisa para ganhar movimento. Esse é um dos exemplos do fenômeno de transferência de energia que ocorre com os objetos que têm elasticidade.
No caso do amortecedor de um carro, parte de um sistema de suspensão composto por molas, ele é constituído por um material que consegue deformar quando recebe um impacto. Dessa maneira, a energia cinética do veículo é absorvida, reduzindo os efeitos dos balanços causados por buracos ou outros agentes.
Ainda no âmbito automotivo, os para-choques, feitos de materiais flexíveis, são outras estruturas que conseguem fazer essa conversão de energia.
Sobre as molas, cabe mencionar que a energia que foi gasta para esticar esse objeto é correspondente ao trabalho que precisou ser realizado sobre ela. Em outros termos, quanto maior for o afastamento da mola, maior será a força elástica que ela exerce.
Em suma, a energia cinética é a energia ou capacidade de realizar trabalho por causa do movimento, enquanto a energia potencial é a energia ou capacidade de realizar trabalho devido à posição de um corpo.