Energia potenziale elastica: cos'è e come funziona

Definizione

L'energia potenziale elastica è l'energia potenziale immagazzinata come risultato della deformazione di un oggetto elastico, come lo stiramento di una molla. È uguale al lavoro svolto per allungare la molla, che dipende dalla costante k della molla e dalla distanza allungata.

Secondo la legge di Hooke, la forza necessaria per allungare la molla sarà direttamente proporzionale alla quantità di allungamento.

Formula

Dal momento che la forza ha la formula:

F = -kx

allora il lavoro fatto per allungare la molla a distanza x è:

Poiché la variazione di energia potenziale di un oggetto tra due posizioni è uguale al lavoro che deve essere fatto per spostare l'oggetto da un punto all'altro, il calcolo dell'energia potenziale è equivalente al calcolo del lavoro.

Poiché la forza necessaria per allungare una molla cambia con la distanza, il calcolo del lavoro comporta un integrale.

Esempi

Molti oggetti sono progettati specificamente per immagazzinare energia potenziale elastica, ad esempio:

• La molla a spirale di un orologio a carica
• L'arco allungato di un arciere
• Un trampolino piegato, poco prima del salto di un tuffatore
• L'elastico teso che lancia un aeroplano giocattolo
• Una palla gonfiabile, compressa nel momento in cui rimbalza su un muro di mattoni

Un oggetto progettato per immagazzinare energia potenziale elastica avrà tipicamente un alto limite elastico, ma tutti gli oggetti elastici hanno un limite al carico che possono sostenere.

Quando viene deformato oltre il limite elastico, l'oggetto non tornerà più alla sua forma originale. Nelle generazioni precedenti, gli orologi meccanici a carica azionati da molle elicoidali erano accessori popolari.

Al giorno d'oggi, non si tende ad utilizzare smartphone a carica perché non esistono materiali con un limite elastico abbastanza alto da immagazzinare energia potenziale elastica con una densità di energia sufficientemente alta.