Elasticidad (física)

La elasticidad en física se refiere a una propiedad mecánica de algunos materiales para sufrir deformaciones que son reversibles. Explicamos qué es la elasticidad, sus propiedades, fórmula, características, ejemplos, importancia y más.

¿Qué es la elasticidad (física)?

En física la elasticidad es una propiedad que ciertos materiales presentan para deformarse a causa de una fuerza externa, la cual actúa sobre ellos, para después recuperar la forma original una vez la fuerza deja de aplicarse. Esta es una conducta que se denomina como deformaciones reversibles o memoria de forma.

Es importante señalar que no todos los materiales son elásticos, pues hay algunos que se rompen, se deforman tras la acción de la fuerza externa o se fragmentan. Incluso los hay que no son elásticos en ningún sentido.

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Es la mecánica de sólidos deformables la que se encarga del estudio de los principios de elasticidad. De acuerdo con la Teoría de la Elasticidad se plantea una explicación al modo en que un sólido se deforma o se va a mover con relación a una fuerza externa que es aplicada sobre el mismo objeto. Al respecto, se indica que un sólido deformable va a deformarse y acumular al interior una cantidad de energía potencial elástica y a su vez, de energía interna.

La energía que se acumula, en cuanto se retira de la fuerza deformante, va a obligar al sólido a que recupere su forma, la cual se transforma en energía cinética, por lo cual se moverá o vibrará. Según sea la magnitud de la fuerza externa, además de los coeficientes de elasticidad para la materia deformada, será posible el cálculo del tamaño de la deformación en cuestión, esto con relación a la respuesta elástica y también a la tensión que se acumula.

Elasticidad

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Propiedades de la elasticidad

Propiedad mecánica – Es una propiedad mecánica que presentan algunos materiales. En su mayoría se alude a elementos sólidos.

Fuerza externa – Se habla de elasticidad cuando una fuerza externa es aplicada a un material, para que actúe sobre ellos.

Mecánica de sólidos deformables – Es la disciplina que se encarga del estudio de los principios de elasticidad.

Fuerza deformante – Es la fuerza externa que se aplica a la materia y que ocasiona la compresión o deformación.

Fórmula de la elasticidad

En el momento en que una fuerza se aplica sobre un material elástico, el material se comprimirá o deformará. Según la mecánica, lo clave es la cantidad de fuerza que se aplica para cada unidad de área, la cual se conoce como esfuerzo (σ).

El grado de estiramiento o compresión se llama deformación (ϵ), el cual se calcula a través de la división de la longitud de movimiento del sólido (ΔL) respecto a la longitud inicial del mismo (L0), es decir: ϵ = ΔL/L​0.

Por otra parte, una de las leyes principales con las que se rige la elasticidad es la Ley de Hooke, la cual se planteó en el siglo XVII por el físico Robert Hooke, quien estudiaba resortes y comprendió que la fuerza que se necesita para encogerlos es proporcional a su longitud.

La ley de Hooke se formula como F = ˗k.x

  • Donde F corresponde a la fuerza
  • X es la longitud de compresión
  • k es la constante de proporcionalidad o una constante de resorte, la cual se expresa en Newtons sobre metros o N/m.

Para terminar, la energía potencial elástica se relaciona con la fuerza que tiene esta ley, lo cual se representa con la fórmula:

Ep(x) = ½ . k.x2

Características de la elasticidad

Cambio de forma – La elasticidad es una propiedad que los cuerpos tienen para deformarse cuando se les aplica una fuerza adecuada, pero la forma original se recobra una vez la acción de esa fuerza se suspende.

Límites – Ciertos materiales son elásticos, pero hay un límite para esa elasticidad, por lo cual, una vez se lo supera, la deformación será permanente o el material se rompe.

Resistencia interna – Es una resistencia que el material elástico presenta, la cual se opone a la fuerza externa y la que se encarga de la restauración al estado original.

Materiales sólidos – Es posible plantear que la mayor parte de los materiales sólidos presentan un cierto comportamiento elástico, pero hay límites en cuanto a la magnitud de la fuerza o la deformación.

Material elástico – Un material es elástico cuando se estira hasta un 300% en su largo original.

Límite de elasticidad – Es un cálculo que depende del tipo de sólido. En el caso de una barra de metal se la puede extender de modo elástico hasta un 1% del largo original.

Ejemplos de elasticidad

La elasticidad en los materiales es un concepto que se puede observar en la vida cotidiana:

  • Resortes – Los resortes que se encuentran por debajo de algunos botones o los que se encargan de empujar el pan de la tostadora para arriba, una vez el pan está tostado. Aquí opera una tensión elástica, ya que se comprimen, acumulan energía potencial, se liberan y la forma se recupera, para arrojar el pan tostado hacia arriba.
  • Arco para lanzar flechas – Hay elasticidad en el arco, para al momento de liberar la tensión, la flecha salga disparada.
  • Chicle – El chicle se hace a partir de una resina que es muy elástica. Por ese motivo, es posible que se comprima o se expanda llenándolo de aire (para hacer una bomba). Su forma más o menos original también se conservará hasta cierto punto.
  • Botones – Un control remoto tiene unos botones que funcionan gracias a la elasticidad que presenta el material que los compone, por eso es que se los puede comprimir con la fuerza de los dedos.
  • Colchones – Tienen resortes con los que se da una cierta elasticidad al material, buscando la comodidad de la persona que use el colchón.
  • Cañas de pescar – Una vez la presa pica, la caña presentará un grado de elasticidad, mientras el pescador hala la polea.
  • Las llantas – Aplica para un automóvil, avión, motocicleta y más. La elasticidad se observa en el caucho, el cual se infla con aire y por esa razón es que logra soportar el peso de vehículos gigantescos, porque se deforma un poco, no pierde la memoria de su forma, ejerce resistencia y logra que el vehículo se mantenga suspendido.

Importancia de la elasticidad

La elasticidad es una propiedad presente en un sinfín de productos de la vida cotidiana o en la industria. Por ejemplo, sin las propiedades elásticas del caucho, que se aprovechan en las llantas o neumáticos, no conoceríamos los automóviles, aviones o motocicletas que se usan en la actualidad.

Por otro lado, el concepto de elasticidad también aplica para el cuerpo humano, pues son muchos los tejidos, órganos y músculos que tienen esta relación que los hace elásticos ante diversas situaciones. El estómago es un ejemplo, pues consigue aumentar su tamaño original varias veces para retornar a un estado de reposo al volver al proceso de alimentación.

Relación entre elasticidad y flexibilidad

La elasticidad se refiere a una propiedad mecánica de algunos materiales para retornar a una posición o forma original, tras la aplicación de una fuerza externa sobre ellos. En el caso de la flexibilidad, se alude a una condición en la que la una persona, cosa o idea, en lugar de ser estricta o rígida, se adapta al cambio, por tanto, es posible que se recupere o no la forma original.

En ese orden de ideas, no hay que confundir el concepto de elasticidad con el de flexibilidad, ni tampoco con la maleabilidad, donde se hace referencia a la forma que algo adquiere al ser modificada a voluntad permanente.

Finalmente, la flexibilidad es un concepto que se usa con regularidad en la educación física y no en la física, en clara alusión a la capacidad que se tiene con el cuerpo humano para ser flexible, bien sea realizando una posición determinada, estirando los músculos y demás.

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