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Fórmula ½kx² – Energía potencial elástica (práctica)

U = ½kx² — Energía potencial elástica de un resorte ideal

Un resorte ideal almacena energía potencial elástica U = ½ k x², donde x es el estiramiento o la compresión desde el equilibrio. Duplicar x multiplica U por cuatro.

Guía — cómo usar esta fórmula

  1. 1. Mide x desde la longitud sin estirar / de equilibrio.
  2. 2. Convierte x a metros; k en N/m.
  3. 3. Calcula U = ½ k x², o despeja x o k.
  4. 4. En lanzamientos, iguala U = Ec si no hay fricción.

Derivación

La ley de Hooke dice que la fuerza recuperadora crece linealmente con el estiramiento. El trabajo de 0 a x es el área del triángulo F–x:

  1. Fuerza en el estiramiento x:
    F = kx
  2. La fuerza media de 0 a x es ½kx, así que el trabajo es
    W = \tfrac{1}{2}(kx)\, x = \tfrac{1}{2}kx^{2}
  3. Ese trabajo se almacena como Ep elástica:
    U = \tfrac{1}{2}kx^{2}

No confundas F = kx (fuerza) con U = ½kx² (energía). Usar Fx cuenta el doble.

Ejemplos

Ejemplo: k = 200 N/m, x = 0,10 m

U = ½(200)(0,10)² = 1,0 J.

Ejemplo: hallar x a partir de U

k = 100 N/m, U = 2 J → x = √(2U/k) = √0,04 = 0,20 m.

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