Energia Potencial Elástica

O que é a energia potencial elástica? Por que a força elástica é negativa e a energia elástica não? O que diz a lei de Hooke? Qual a importância da constante elástica de uma mola? Saiba tudo sobre a energia potencial elástica nesta aula de Física para o Enem!

Nesta aula você irá entender tudo sobre a energia potencial elástica, um tema sempre presente nos vestibulares. Saberá ainda o que diz a lei de Hooke e como utilizá-la. Vem com a gente revisar Física para mandar bem em Ciências da Natureza no Enem e nos vestibulares!

A energia potencial elástica é um tipo de energia característica de corpos que se encontram sob ação de forças elásticas. Por exemplo: uma pedra presa em um estilingue, uma pessoa em uma cama elástica ou ainda, um ginasta em um trampolim.

Considere uma mola ideal. Uma mola ideal é uma mola considerada sem massa e que se deforma sem perder suas propriedades elásticas. Essa mola ideal sempre aparece nos exercícios de força elástica ou energia elástica.

Toda mola tem uma constante elástica que varia de acordo com o material que foi feita e também com suas dimensões, espessura, comprimento, etc. Basicamente podemos entender que a constante elástica de uma mola é o quanto de força por metro seria preciso aplicar para deformá-la.

Por exemplo, se eu tenho uma constante elástica de 100N/m, isso significa que seria preciso uma força de 100N para deformar 1m da mola. Entendeu? Fácil até aqui, hein?!

Considere então uma mola ideal, de constante elástica k, presa a uma parede e a um corpo de massa m, apoiado em um plano horizontal sem atrito, conforme figura abaixo.mola e a energia elástica

Você pode perceber que a mola não está deformada e portanto, o corpo está livre. Vamos marcar a posição dele como A, ok?

Já na figura abaixo, a mola se encontra deformada por ação de um agente externo, deslocando o corpo da posição A para posição B.mola esticada energia elástica

Identificamos essa distância em que o corpo foi deslocado como x.

Observando o exemplo, percebemos que a mola foi deformada da posição A até a posição B. Uma força externa puxando o corpo para direita causou essa deformação.

Como o corpo está sob ação da força elástica, podemos dizer que a energia transferida ao corpo pelo agente externo foi armazenada na modalidade de energia potencial elástica.

A força elástica é “negativa”. Você sabe por quê?

Na situação B, o corpo sofre força elástica para esquerda, pois a mola está deformada e o corpo é puxado para traz.  Para a mola voltar a sua posição inicial, o corpo tende a se mover para traz, ou para esquerda na figura, sentido oposto a deformação da mola. Ta aí a explicação do porque a força elástica ser negativa.

Dica: compreender bem os vetores pode te ajudar a resolver questões envolvendo energia. Para revisá-los, veja esta aula.

Energia Potencial Elástica

A energia potencial elástica armazenada no corpo pode ser calculada por:

energia potencial elastica = k.x² / 2

Sendo k a constante elástica da mola e x a distância deslocada do corpo.

Analisando a expressão acima, concluímos que:

  • Quanto maior for a deformação sofrida pela mola (x), maior será a energia potencial armazenada no corpo;
  • Quanto maior for a constante k característica da mola, isto é, quanto maior for a dureza da mola, maior será a energia potencial armazenada também.

Vamos ver um exemplo para ajudar você a entender melhor?

Um bloco de massa 4kg e velocidade horizontal 0,5 m/s choca-se com uma mola de constante elástica k = 100 N/m. Admitindo que não há atrito entre o bloco e a superfície de contato, determine a máxima deformação sofrida pela mola.

Resolução:

A energia cinética que o bloco possui será transferida integralmente a mola quando esta estiver totalmente comprimida, então energia cinetica corpo = energia potencial mola

resolução do exercício x = 0,1

Portanto a máxima deformação da mola foi de 0,1m ou 10 cm.

Entenda um pouco mais sobre energia potencial elástica com a videoaula abaixo

Agora resolva 10 exercícios sobre energia elástica:

 

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Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.

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