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Energia Potencial Elástica (Epel)

É a energia "armazenada" em uma mola e atribuída a um corpo. 

O valor da energia potencial elástica depende da posição do corpo, que determina o quanto a mola está deformada.


Considere uma mola ligada a uma parede e um bloco, responsável pela interação deles.
 

A parede não recebe energia da mola, já que ela não se move (não é feito trabalho sobre ela). Logo, toda energia da mola fica disponível apenas para o corpo. Aliás, por isso é chamada de "potencial", que significa  "a dispor".

Por isso, quando um corpo está em contato com uma mola, podemos dizer que ele tem a energia da própria mola, ou seja, ELE tem energia potencial elástica (Epel).

Para calcularmos a Epel precisamos saber o quanto a mola é difícil de ser deformada, ou seja, a sua flexibilidade. Toda mola possui uma constante elástica (k) que informa essa propriedade. Essa constante nos diz qual a intensidade da força para provocar uma deformação de 1 unidade de comprimento. 

No sistema internacional de unidades (S.I), uma mola com constante elástica k=600N/m significa que é preciso fazer uma força de 600N para comprimi-la 1m. 

Mas é claro que mesmo as maiores molas não sofrem  deformações de 1m! Caso isso viesse a acontecer, poderia provocar uma deformação permanente. Este valor se deve ao fato de utilizarmos as unidades do S.I., onde a unidade de comprimento é o metro (m). 

A deformação sofrida pela mola é proporcional à força feita sobre ela, sendo assim, para deformá-la 1m é preciso uma força de 600N, para 0,5m (50cm) uma força de 300N, e 0,25m (25cm) apenas 150N, e assim por diante.

Agora, considere um bloco ligado a uma mola, relaxada quando está na origem das posições (x=0). Quando o bloco é retirado dessa posição, sofrendo um deslocamento (em metros), a mola sofre também uma deformação igual (x).  




O módulo da força elástica (Fel) feita por uma mola sobre um corpo em contato com ela é proporcional à deformação x sofrida. 



O fator de proporcionalidade é a própria constante elástica k da mola.

Graficamente, o módulo da força elástica Fel varia com a deformação x da mola, da seguinte forma:



Como a força tem a mesma direção do deslocamento, a área sobre o gráfico representa o trabalho da força elástica sobre o corpo. 



Quando a mola desloca o corpo uma distância x igual a sua deformação, ela terá voltado a sua forma relaxada e, entregue toda a sua energia potencial elástica a ele. Sendo assim, esse trabalho representa a energia armazenada na mola. 

Ou seja, para uma mola com constante elástica conhecida k  que sofreu uma deformação x, a energia potencial elástica Epel  armazenada (e disponível para o corpo) é obtida por:



Perceba que x além de representar a deformação da mola, também é a posição do corpo, que determina o valor da energia potencial elástica atribuída a ele.


Exemplo 1

Uma mola de constante elástica k=800N/m está comprimida 20cm.



a) Qual a energia potencial elástica da mola?




b) Se esta mola passar a realizar trabalho sobre um carrinho com massa de 2kg em contato com ela, entregando-lhe toda a sua energia calculada no item anterior, que velocidade final v o carrinho atingiria após perder o contato com a mola? Despreze o atrito.



Quando a mola realiza trabalho sobre o carrinho, a sua energia potencial elástica vai, aos poucos, sendo transferida para ele, convertendo-se em energia cinética. Se toda energia potencial elástica da mola (16J) for transferida para o carrinho, teremos:


De modo que o carrinho atingirá uma velocidade final de 4m/s.

Existem outras formas de energias potenciais na Física, mas na Mecânica, é essencial conhecermos também a energia potencial gravitacional. Então, clique no botão "avançar" para continuarmos.

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