Cuando comprimimos o extendemos un resorte estirado, experimentamos una fuerza igual a la aplicada por nosotros en sentido contrario. ¿Se ha preguntado por qué ocurre esto? Cuando un resorte se desvía de su posición media, tiende a restablecer su equilibrio ejerciendo una fuerza igual y opuesta a la fuerza externa. Pero, ¿de qué manera puede sernos útil esta fuerza? ¿Podemos aprovecharla de alguna forma? Hemos visto la aplicación de la fuerza del resorte en portabicicletas y dispositivos de lanzamiento en los que la energía obtenida al perturbar el equilibrio del resorte se utiliza como su energía potencial y se convierte en otras formas. En esta sección, aprenderemos más sobre esta energía almacenada. En esta sesión, vamos a aprender sobre el trabajo realizado por el resorte.
Trabajo realizado por el resorte
Consideremos un resorte fijado a una pared rígida, como se muestra en la figura anterior. Se supone que el resorte es ideal y se considera sin masa. En la figura (a), el resorte está en la posición de equilibrio. En la figura (b), el resorte se estira de manera que se desplaza un valor x desde su posición de equilibrio y en la figura (c), se comprime de manera que se desplaza un valor –x desde su posición de equilibrio.
En un resorte ideal, la fuerza del resorte es proporcional al desplazamiento de sus extremos (x) desde la posición de equilibrio. Entonces, según la Ley de Hooke,
Fs = -kx
Donde Fs es la fuerza del resorte, x es el desplazamiento desde la posición de equilibrio y k es la constante del resorte. La constante del resorte es la propiedad característica del resorte. Depende del material de construcción y se mide en unidades de N m-1.
Como se muestra en la figura (b) anterior, hemos tirado del resorte de modo que se mida un desplazamiento resultante igual a xm. El trabajo realizado por el resorte está dado por:
Aquí el trabajo realizado por la fuerza de tracción externa Fp está dado por,
que es positiva ya que supera la fuerza del resorte.
Lo mismo se observa para un resorte que se comprime una distancia x.
Si movemos el resorte desde un desplazamiento inicial Xi a un desplazamiento final Xf, el trabajo realizado por la fuerza del resorte se expresa como,
La energía potencial V(x) del resorte se considera cero cuando el resorte está en la posición de equilibrio. Cuando se extiende hasta un desplazamiento X, los extremos están estacionarios; por lo tanto, la energía cinética es cero. Por lo tanto, la energía potencial es igual al trabajo externo total realizado sobre el sistema.
Por lo tanto,
Preguntas Frecuentes
W = m×g×h = mgh
Donde,
m es la masa en kilogramos
g es la aceleración debida a la gravedad
h es la altura en metros
La ley de Hooke establece que la deformación del material es proporcional a la tensión aplicada dentro del límite elástico de dicho material.
Verdadero.
La constante del resorte es la propiedad característica del resorte. Depende del material de construcción y se mide en unidades de N m-1.