Energía de deformación para niños
La energía elástica de deformación es la energía que un objeto acumula en su interior cuando se estira, se comprime o se dobla. Imagina que estiras una banda elástica: al hacerlo, le estás dando energía. Cuando la sueltas, esa energía se libera y la banda vuelve a su forma original. Esta energía se guarda en el material debido al trabajo que hacen las fuerzas que lo deforman.
Contenido
¿Cómo se guarda la energía en los materiales?
Cuando un material cambia de forma, como cuando lo estiramos o lo aplastamos, parte de la energía que le aplicamos se guarda en su interior. Esta energía puede causar dos tipos de cambios:
- Cambios reversibles: Son aquellos en los que el material puede volver a su forma original una vez que la fuerza deja de actuar. Piensa en un resorte: lo estiras y vuelve a su tamaño. La energía que se guarda en este proceso se llama energía potencial elástica.
- Cambios irreversibles: Son aquellos en los que el material no vuelve a su forma original, o incluso se rompe. Por ejemplo, si doblas un clip de papel muchas veces, se deforma permanentemente o se rompe. La energía usada en estos cambios no se recupera.
En este artículo nos centraremos en la energía potencial elástica, que es la parte de la energía de deformación que se puede recuperar.
Energía potencial elástica: ¿Qué es y cómo funciona?
La energía potencial elástica es la energía que un objeto flexible o elástico almacena cuando se deforma, como un resorte o una banda elástica. Esta energía se guarda cuando aplicamos una fuerza y se libera cuando la fuerza desaparece, permitiendo que el objeto regrese a su forma original.
Para que un material guarde energía elástica, debe seguir la Ley de Hooke. Esta ley dice que la fuerza necesaria para deformar un material elástico es directamente proporcional a la cantidad de deformación. Es como si, para estirar un resorte el doble, necesitaras el doble de fuerza.
¿Cómo se divide la energía elástica?
La energía elástica de un material se puede dividir en dos partes principales:
- Energía de deformación volumétrica: Es la energía que se usa para cambiar el volumen del objeto, es decir, para hacerlo más grande o más pequeño. Imagina que aprietas una esponja por todos lados; su volumen disminuye.
- Energía de distorsión: Es la energía que se usa para cambiar la forma del objeto sin que su volumen cambie. Por ejemplo, si doblas una regla, su forma cambia, pero su volumen sigue siendo el mismo.
Energía elástica en objetos comunes
Muchos objetos que usamos a diario, como las vigas en los edificios o los pilares, experimentan fuerzas que los deforman. Cuando esto ocurre, se generan tensiones (fuerzas internas) y deformaciones (cambios de forma) en el material.
Los ingenieros usan el concepto de energía de deformación para calcular cómo se deformarán las estructuras y asegurarse de que sean seguras. Es como si cada parte de la estructura fuera un pequeño resorte que guarda y libera energía.
Energía elástica por estiramiento o compresión
Cuando estiras o comprimes una barra, como un cable o un pilar, la energía elástica que se guarda depende de:
- La fuerza que se aplica.
- La longitud de la barra.
- El área de su sección (qué tan gruesa es).
- El tipo de material del que está hecha (su módulo de Young, que indica qué tan rígido es).
Por ejemplo, si tienes una barra de metal y la estiras con una fuerza, la energía que guarda es mayor si la barra es más larga o más delgada, o si el metal es menos rígido.
Energía elástica por corte
Cuando un objeto es sometido a una fuerza que tiende a "cortarlo" o deslizar sus capas, como cuando usas unas tijeras, también se almacena energía elástica. Esta energía depende de la fuerza de corte y de las propiedades del material.
Energía elástica por flexión (doblamiento)
Si doblas una viga, como una tabla de madera, también se acumula energía elástica. La cantidad de energía depende de:
- La fuerza que la dobla.
- La longitud de la viga.
- La forma de su sección transversal (por ejemplo, si es más alta que ancha, es más difícil de doblar).
- El tipo de material.
Cuanto más difícil sea doblar la viga, más energía elástica guardará para volver a su forma original.
Aplicaciones de la energía elástica
La energía elástica de deformación está presente en muchos objetos de nuestra vida diaria. Un ejemplo muy claro son los resortes. Los resortes se usan en muchísimos lugares:
- En los bolígrafos, para que la punta salga y entre.
- En las pinzas de la ropa, para que se cierren.
- En los colchones, para que sean cómodos y recuperen su forma.
- En los amortiguadores de los coches y bicicletas, para absorber los golpes.
- En los juguetes, como los coches de cuerda.
Cada vez que un resorte se comprime o se estira, almacena energía elástica, y cuando se libera, esa energía se usa para realizar un movimiento o volver a su estado inicial.
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Véase también
En inglés: Hooke's law Facts for Kids
