Con energia potenziale si intende l’energia posseduta da un sistema in virtù della propria posizione, dalla configurazione delle sue parti o ancora del suo orientamento rispetto ad un campo di forze.
Esistono diversi tipi di energia potenziale, fra i quali ricordiamo: l’energia potenziale gravitazionale, l’energia potenziale elettrica e l’energia potenziale elastica. In questo articolo ci concentreremo su quest’ultima. Scopriremo più nel dettaglio cos’è l’energia potenziale elastica, quale è la sua formula ed infine vedremo alcuni semplici esempi.
L’energia potenziale elastica: definizione
È l’energia accumulata ed immagazzinata da un corpo (solido o fluido) nel momento in cui viene deformato temporaneamente e in maniera reversibile, per compressione o estensione (per esempio nel momento in cui una molla viene stirata). L’energia potenziale elastica è identica al lavoro fatto al fine di, seguendo l’esempio precedente, allungare la molla. Tale lavoro dipende dalla costante elastica K e dall’elongazione della molla X (in una molla non deformata, ovvero in posizione di equilibrio, X sarà uguale a 0).
La forza elastica di richiamo (grazie alla quale, ad esempio, una molla torna alla posizione di equilibrio, è uguale e contraria alla forza utilizzata per il suo allungamento (forza determinata dalla legge di Hooke). Se quindi la forza per allungare una molla è pari a kx, quella di richiamo sarà pari a – kx. Quando una molla compressa o allungata viene rilasciata, in modo tale da poter tornare alla sua posizione di equilibrio, l’energia potenziale elastica verrà trasformata in energia cinetica.
Vediamo ora qual è la sua formula.
La formula dell’energia potenziale elastica
La formula dell’energia potenziale elastica (misurata in joule J) è: U= 1/2 kx², da cui le seguenti formule inverse: k=2U/x² e x = √(2U/k).
Come abbiamo già spiegato nel paragrafo precedente, k si riferisce alla costante elastica, mentre x all’allungamento della molla.
Osservando la formula, è subito chiaro come l’energia potenziale elastica sia direttamente proporzionale alla costante elastica k ed al quadrato dell’allungamento x. L’allungamento x, essendo al quadrato, può corrispondere solo ad un valore positivo o nullo. Detto in parole diverse, l’energia potenziale elastica non può avere un valore negativo.
Alcuni esempi
Ecco di seguito alcuni esempi di questo tipo di energia:
- una già citata molla che viene allungata o compressa;
- un arco tirato per lanciare la freccia;
- un elastico di una fionda tirato per lanciare una pietra;
- una palla di gomma schiacciata;
- una lama di coltello piegata;
- un trampolino abbassato prima del salto;
- una gomma da cancellare compressa.
