Fuerzas elásticas

    Fuerzas elásticas o restauradoras

     

    Las fuerzas elásticas o  restauradoras como también es conocida es uno de los temas más comunes y estudiados en la física. En este artículo encontrarás todo lo que necesitas saber acerca de este tipo de fuerza ¿Qué es? ¿Cómo funciona? y además encontrarás sencillos ejemplos.

    ¿Qué son las fuerzas elásticas o restauradoras?

     

    La fuerza elástica o restauradora es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la cual almacena energía potencial y ejercen fuerzas. Todo cuerpo elástico (por ejemplo, una cuerda elástica, un resorte...) reacciona contra la fuerza deformadora para recuperar su forma original. De manera simple es la fuerza que ejerce el objeto para resistir un cambio a su forma.

    Es conocida también como fuerza restauradora porque se opone a la deformación para retornar los objetos a su posición de equilibrio.

     

     

    También es importante tener en cuenta ley de Hooke formulada por Robert Hooke  la cual  afirma que la deformación elástica que sufre un cuerpo es proporcional a la fuerza que produce tal deformación, siempre y cuando no se sobrepase el límite de elasticidad. 

    Por ejemplo, cuando se comprime un resorte  se ejerce una fuerza que empuja las partículas del resorte disminuyendo la separación entre ellas, al mismo tiempo, las partículas se resisten a ser empujadas ejerciendo una fuerza contraria a la compresión.

    Si en lugar de comprimir el resorte se tira, estirándose, las partículas que lo integran se separan aún más. Así mismo, las partículas se resisten a separarse ejerciendo una fuerza contraria al estiramiento.

     

    ¿Qué es la elasticidad?

    La elasticidad es conocida como la propiedad de la materia que permite que un cuerpo se deforme cuando es sometido a una fuerza y recupera su forma inicial cuando la causa de dicha deformación desaparece.

     

    ¿Cómo se calcula la fuerza elástica?

     

    La fuerza elástica o restauradora se expresa, mediante la ley de Hooke:

    F = – k . Δs

     

    Donde:

    • F es la fuerza elástica
    • k es la constante de elasticidad, la unidad de esta constante es N/m
    • Δs es el desplazamiento desde la posición normal

    Cuando un objeto se desplaza de manera horizontal, como es el caso de un resorte pegado o sujeto a la pared el desplazamiento es y la expresión de la ley de Hooke se escribe: 

    F = – k . Δx

     

    El signo negativo en ambas operaciones o fórmulas indica que la fuerza se ejerce en dirección opuesta a la fuerza que originó el desplazamiento.

    Debemos tener en cuenta que los objetos elásticos cuentan con un límite de elasticidad que depende de la constante de deformación. Si se estira el límite más allá del límite elástico, se deformara el objeto de forma permanente.

     

    fuerzas elásticas

    Ley de Hooke

    Ejemplos de fuerzas elásticas o restauradoras

    Fuerza de deformación

    1. ¿Cuánta fuerza es necesaria aplicar a un resorte para que se estire 5 cm si la constante del resorte es de 35 N/m
    • Aplicamos la ley de Hooke:

    F = -k.Δx

     

    • Tenemos que la constante k del resorte es 35 N/m y que la distancia Δx será de 5 cm.
    • Lo primero que debemos hacer es pasar los centímetro a metros, ya sea con una regla de tres o como se te facilite. Diríamos entonces que 5 cm = 0,05  y que Δx= 0,05 m.

    F= -35 N/m. 0.05 m

    F= 1,75 N = – F

    Entonces decimos que se necesita 1,75 de fuerza para deformar el resorte 5 Cm.

    fuerzas elásticas

    Constante de deformación 

    1. ¿Cuál sería la constante de deformación de un resorte que se estira 20 cm por la acción de una fuerza de 60 N?
    • Tenemos que la constante distancia Δx es igual a 20 cm y la fuerza es igual a 60 N.
    • Debemos pasar los centímetros a metros entonces Δx =20 cm =0,2 m

    k = – F / Δx

     Como la F estaba al lado izquierdo del igual pasa a dividir y pasa a ser negativa, y la K como estaba al lado derecho del igual pasa a ser positiva.

     k = -(-60 N)/0,2 m

    k = 300 N/m

    Entonces tenemos que la constante del resorte es 300 N/m

    Obtención de la energía potencial

    ¿Cuál es la energía potencial referida al trabajo realizado por la fuerza elástica de un resorte que se comprime 10 cm y su constante de deformación es 20 N/m?

    • Tenemos que la distancia es igual a 10 cm y la deformación es de 20 N/m.
    • Pasamos los centímetro a metros y tendríamos que  Δx10 cm = 0,1 m

    k =20 N/m

    Fk = -20N/m . 0,1m

    Fk = -200N

    Y decimos que la fuerza elástica del resorte es -200 N.

    • Esta fuerza realiza trabajo sobre el resorte para desplazarlo hacia su posición de equilibrio. Al realizar este trabajo aumenta la energía potencial del sistema.
    • La energía potencial se calcula con la siguiente fórmula:

    U=½ k .  Δx2              

    U=½(20 N/m) . (0,1 m)2

    U = 0,1 Joules

    • Debemos tener en cuenta que la medida de la energía potencial será siempre en Joules.

    Para que profundices más en este tema te recomiendo observar el siguiente video: 

     

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