如果将一根压缩的弹簧放进硫酸中溶解，最终它的弹性势能去哪了？

众所周知，金属铁是可以和硫酸反应的，在反应过程中，铁会逐渐溶解，生成硫酸亚铁和氢气。那么根据这样一个现象我们再来思考这样一个问题：如果将一根自然伸展的弹簧与一根相同规格、但是被压缩的弹簧分别放进两杯一样参数的硫酸溶液中进行反应，最终所得到生成物将会是一样，那么被压缩的弹簧比未压缩的弹簧多出来的弹性势能去哪里了？

我们知道，目前还没有任何实验现象能够打破能量守恒定律，因此这部分弹性势能一定是变成了其它形式的能量，那么这部分弹性势能是变成了什么能量呢？在解答这个问题之前，我们需要先从弹簧弹性势能的本质说起。

弹簧的弹性势能

一根富有弹性的弹簧，无论我们对它进行压缩还是拉伸过程，弹簧都会产生一个“抵抗力”与之平衡，同时会将我们对弹簧所做的功存储起来变为弹性势能。那么这个“抵抗力”是怎么产生的呢？

弹簧中“弹力”的产生

对于铁弹簧而言，金属铁中的原子之间主要是以金属键进行结合，并且原子之间会存在相互相互作用力，这个力与原子之间的间距有关，当原子间距过小时，原子之间的作用力则会表现为斥力；原子间距过大时，则会表现为吸引力，而在这之间存在一个位置的斥力和吸引力相等，这个位置也就是平衡位置，如下图中的r0位置，而这个点也就是势能最低点。

分子/原子之间的作用力

弹簧中的铁原子主要以晶体的形式存在，而晶体之间原子的排列是整齐有序的，每个原子都处于平衡位置，也就是处于势能最低的状态，当我们对弹簧施加力的作用时，这种平衡状态就会被打破，固体结构发生形变，导致原子之间的间距发生变化，从而使原子之间的作用力发生变化。无论我们对弹簧施加压力还是拉力，原子之间间隙都会发生变化，于是会产生斥力或引力，在宏观上就表现为弹力。

晶体中的原子结构

由于形变的产生，使原子偏离了其所在环境场中的平衡位置，原子之间间距发生改变，那么最终将会改变原子之间化学键的键能。也就是说，我们可以认为弹簧被压缩后，它所储存的弹性势能实际上是储存于化学键的能量当中。而化学反应过程中，化学键的断开需要消耗能量，化学键的形成会释放能量，而这部分的能量在大多数化学反应中是以热能的形式表现。

所以被压缩后的弹簧由于将能量存储于化学键当中，当发生化学反应时，伴随着旧化学键的断开与新化学键的形成，在这个变化过程中，压缩后弹簧中的化学键能就会被释放出来，最终的表现形式就是压缩弹簧反应后体系的热量会高于未压缩弹簧的反应体系。也就是说，这部分能量最终会变成热量。

化学反应过程中能量变化

而这一理论也是有实验支持的，不过试验者使用的不是弹簧，而是一个可以弯曲的金属片，该实验者通过将不同弯曲程度的金属片放入硫酸中进行腐蚀，结果表明弯曲程度越高的体系反应后的温度也会更高。

不同弯曲程度的金属片放入硫酸中进行腐蚀

压缩后的弹簧与酸反应的变化

那么压缩后的弹簧相比于未压缩的弹簧与酸反应温度会高多少呢？我们可以做一个简单的计算，如果我们用平均10kg的力将弹簧压缩10cm后固定住，并置于1L硫酸溶液中，那么压缩后的弹簧中将会额外存储10J的弹性势能，这部分多出来的能量如果转换成溶液的热量，提高的温度将不到零点零一摄氏度，这微量的变化我们很难感受到，因此也常会被我们忽略。

压缩后弹簧与酸反应不仅释放的热量比未压缩弹簧更多，并且还会产生另一个特殊的现象，就是压缩后的弹簧相比于未压缩弹簧更容易被腐蚀，这种现象有一个专业术语叫“应力腐蚀”。这是由于材料受到力的作用后，化学键能升高，使得材料变得更不稳定，容易发生化学反应，从而导致更容易被腐蚀。所以很多金属在经过高强度工作后，稳定性也会逐渐变差，特别是在航空航天领域，该领域对于材料的性能要求更高，测试也会更加严格。

不锈钢中的应力腐蚀产生的裂纹

总结

总的来说，压缩后的弹簧放入硫酸溶液中被腐蚀，其储存的弹性势能并不会凭空消失，而是从化学键能中释放出来使体系温度上升，整个过程依旧符合能量守恒。