Énergie potentielle
L'énergie potentielle est l'énergie stockée ou refoulée d'un objet. Elle est souvent mise en contraste avec l'énergie cinétique.
En physique, l'énergie potentielle est l'énergie que possède un objet en raison de sa position dans un champ de force ou qu'un système possède en raison de la façon dont ses parties sont disposées. Les types courants comprennent l'énergie potentielle gravitationnelle d'un objet qui dépend de sa position verticale et de sa masse, l'énergie potentielle élastique d'un ressort étendu et l'énergie potentielle électrique d'une charge dans un champ électrique. L'unité SI pour l'énergie est le joule (symbole J).
L'énergie potentielle est souvent associée à des forces de rétablissement telles qu'un ressort ou la force de gravité. L'action d'étirer le ressort ou de soulever la masse est réalisée par une force externe qui agit contre le champ de force du potentiel. Ce travail est stocké dans le champ de force, que l'on dit être stocké sous forme d'énergie potentielle. Si la force extérieure est supprimée, le champ de force agit sur le corps pour effectuer le travail, car il ramène le corps à sa position initiale, réduisant l'étirement du ressort ou provoquant la chute d'un corps. Lorsque cela se produit, l'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. L'énergie totale reste la même en raison de la loi de conservation de l'énergie.
Les physiciens disent que l'énergie potentielle est la différence entre l'énergie d'un objet dans une position donnée et son énergie à une position de référence.
Exemples simples
Le fait d'amener un rocher en amont augmente son énergie potentielle sous l'effet de la gravité. L'étirement d'un élastique augmente son énergie potentielle élastique, qui est une forme d'énergie potentielle électrique. Un mélange d'un combustible et d'un oxydant a une énergie potentielle chimique, qui est une autre forme d'énergie potentielle électrique. Les batteries aussi ont une énergie potentielle chimique.
Types d'énergie potentielle
Il existe différents types d'énergie potentielle, chacun étant associé à un type de force particulier.
L'énergie potentielle gravitationnelle
L'énergie potentielle gravitationnelle est ressentie par un objet lorsque la hauteur et la masse sont un facteur dans le système. L'énergie potentielle gravitationnelle fait que les objets se déplacent les uns vers les autres. Si un objet est soulevé à une certaine distance de la surface de la Terre, la force ressentie est causée par le poids et la taille. Le travail est défini comme une force sur une distance, et le travail est un autre mot pour l'énergie. L'énergie potentielle ajoutée lorsque vous soulevez un objet l'est :
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h}
où
F {\displaystyle F}
est la force de gravité
Δ h {\displaystyle \Delta h}
est le changement de hauteur
ou
U = m g h {\displaystyle U=mgh}
Ici, g = 9,81 m / s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s} ^{2}}
est l'accélération due à la gravité.
Le travail total effectué par l'énergie potentielle gravitationnelle lorsqu'un objet tombe de la position 1 à la position 2 est :
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}}
ou
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}}
où
m {\displaystyle m}
est la masse de l'objet
h 1 {\displaystyle h_{1}}
est la première position
h 2 {\displaystyle h_{2}}
est la deuxième position
Potentiel énergétique électrique
L'énergie électrique potentielle est soumise à des charges à la fois différentes et semblables, car elles se repoussent ou s'attirent mutuellement. Les charges peuvent être positives (+) ou négatives (-), les charges opposées s'attirant et les charges similaires se repoussant. Si deux charges sont placées à une certaine distance l'une de l'autre, l'énergie potentielle stockée entre les charges peut être calculée par :
U = k Q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}}}
où
k {\displaystyle k}
est 1/4πє (pour l'air ou le vide, c'est 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}}
)
Q {\displaystyle Q}
est la première accusation
q {\displaystyle q}
est la deuxième accusation
r {\displaystyle r}
est la distance qui sépare
Énergie potentielle élastique
L'énergie potentielle élastique est ressentie lorsqu'un matériau caoutchouteux est tiré ou poussé. La quantité d'énergie potentielle dont dispose le matériau dépend de la distance tirée ou poussée. Plus la distance parcourue est grande, plus l'énergie potentielle élastique du matériau est importante. Si un matériau est tiré ou poussé, l'énergie potentielle peut être calculée par :
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}kx^{2}}
où
k {\displaystyle k} est la constante de la force du ressort (la mesure dans laquelle le matériau s'étire ou se comprime)
x {\displaystyle x}
est la distance à laquelle le matériel a été déplacé de sa position initiale
Pages connexes
- L'énergie cinétique
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que l'énergie potentielle ?
R : L'énergie potentielle est l'énergie stockée ou refoulée d'un objet. Elle est souvent opposée à l'énergie cinétique et correspond à l'énergie qu'un objet possède en raison de sa position dans un champ de force ou qu'un système possède en raison de la façon dont ses parties sont agencées.
Q : Quels sont les types d'énergie potentielle les plus courants ?
R : Les types courants d'énergie potentielle comprennent l'énergie potentielle gravitationnelle, l'énergie potentielle élastique et l'énergie potentielle électrique.
Q : Quelle est l'unité SI de mesure de l'énergie ?
R : L'unité SI de mesure de l'énergie est le joule (symbole J).
Q : Comment le travail est-il stocké sous forme d'énergie potentielle ?
R : Le travail est stocké sous forme d'énergie potentielle lorsqu'il est effectué par une force extérieure qui agit contre le champ de force du potentiel. Ce travail est alors stocké dans le champ de force sous forme d'énergie potentielle.
Q : Comment l'énergie potentielle se transforme-t-elle en énergie cinétique ?
R : Lorsqu'une force externe qui travaillait contre le champ de force d'une position donnée est supprimée, le corps revient à sa position initiale, ce qui réduit l'étirement d'un ressort ou provoque la chute d'un corps. À ce stade, tout potentiel existant se transforme en cinétique et la quantité totale reste constante en raison de la loi de conservation de l'énergie.
Q : Comment les physiciens définissent-ils l'énergie potentielle ?
R : Les physiciens disent que l'énergie potentielle peut être définie comme la différence entre les énergies d'un objet dans une position donnée et une position de référence.
