Llamamos fuerza elástica a aquella que ejerce un objeto para evitar cambiar de forma y se manifiesta cuando un objeto que suele recuperar su forma (como un resorte) se encuentra bajo la presión de una fuerza de deformación.
La fuerza elástica también recibe el nombre de fuerza restauradora, justamente por oponerse a la fuerza de deformación y hacer que los objetos vuelvan a su posición de equilibrio. Esta fuerza se transmite a través de las partículas que conforman al objeto en cuestión.
La fuerza elástica de un resorte es el ejemplo más práctico y fácil de entender. Cuando un resorte metálico es comprimido, la fuerza ejercida sobre él empuja sus partículas y las junta mientras que, al mismo tiempo, las partículas intentarán separarse y para ello ejercen una fuerza en dirección contraria.
Si, por el contrario, en vez de comprimir, estiramos el resorte, las partículas se separarán cada vez más producto de la fuerza de estiramiento y, a la vez, se resistirán a ella imprimiendo una fuerza contraria.
Los objetos que poseen la capacidad de regresar a su estado de equilibrio luego de enfrentarse a la fuerza de deformación reciben el nombre de objetos elásticos. En este grupo encontramos a los resortes y también a las gomas elásticas y cuerdas del mismo tipo.
¿En qué consiste la fuerza elástica?
La fuerza elástica (representada gráficamente como Fk) es, como explicamos arriba, una fuerza ejercida para volver a su forma original luego de haber sufrido una transformación a causa de una fuerza externa. Para analizarla claramente usaremos nuevamente el ejemplo del resorte en el marco de un sistema ideal masa resorte.
Imaginemos un resorte horizontal adherido a una pared y en su otro extremo un bloque de masa despreciable. En este sistema ideal no tendremos en cuenta las otras fuerzas que actuarían sobre él, por ejemplo la gravedad o la fricción.
Ahora bien, si a la masa le aplicamos una fuerza horizontal en dirección a la pared, la misma pasará al resorte y lo comprimirá, por lo cual éste pasará de su posición de equilibrio a una nueva.
Las leyes físicas dicen que los objetos tienden a permanecer en equilibrio, por lo cual la fuerza elástica del resorte hará presencia intentando oponerse a la fuerza de deformación aplicada a la masa. El desplazamiento mide la deformación del resorte y la fuerza elástica será proporcional a este desplazamiento, puesto que cuanto más se comprima el resorte, aumentará la variación de su posición y, por ende, también lo hará la fuerza elástica hasta que llegará un momento en que ambas fuerzas (elástica y aplicada) alcanzarán el equilibrio y el sistema quedará estático.
En este momento, al dejar de ejercerse fuerza, la única que actúa en la elástica y hace que el resorte acelere en dirección contraria a la deformación hasta que vuelve a estar en equilibrio. Si en lugar de comprimirlo, tiramos de la masa para estirarlo horizontalmente, se producirá el mismo efecto con una fuerza elástica proporcional al desplazamiento para oponerse al estiramiento.
Ley de Hooke
La ley de Hooke dictamina que la fuerza lineal que ejerce un objeto es proporcional a su desplazamiento. Esta ley es la que se usa para expresar la fórmula de la fuerza elástica, la cual se escribe: Fk =-k.Δs. Según la cual Fk es Fuerza elástica; k significa Constante de proporcionalidad y Δs representa al Desplazamiento.
Además, cuando el objeto sobre el que se ejerce fuerza se mueve de manera horizontal, este desplazamiento se escribe Δx y, siguiendo la ley de Hooke, la expresión de la fórmula es: Fk =-k.Δx
El signo negativo al inicio de la ecuación significa que la fuerza elástica del objeto tiene dirección opuesta a la fuerza que ejerce el desplazamiento. Además, la constante de proporcionalidad k es una constante que está sujeta al material del cual está construido el objeto. La unidad de dicha constante k es N/m
Por otro lado, la constante de deformación determina el límite de elasticidad de los objetos; por ende, si se estira más allá de dicho límite, la deformación será irreversible.
Cabe destacar que estas ecuaciones sólo sirven para pequeños desplazamientos, cuando se trata de expresiones mayores se usa Δx.
Energía cinética y energía potencial referida a una fuerza elástica
Durante el proceso en el cual la fuerza elástica lleva al objeto hacia su posición de equilibrio, la energía potencial del sistema masa resorte del ejemplo aumenta. Esto se expresa con la ecuación: U=½ k. Δx2. Esta energía potencial se expresa en Joules (J).
Cuando dejamos de ejercer la fuerza de deformación, el resorte vuelve a su equilibrio, la energía potencial disminuye y aumenta la energía cinética, la cual al momento de equilibrio se encuentra usando la ecuación: Ek= ½ m.v2 Donde m es igual masa y v significa velocidad del resorte.
