Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Énergie potentielle

Énergie potentielle

En physique, l'énergie potentielle est 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 configuration de ses parties.

Il existe de nombreux types d’énergie potentielle, mais les plus courants sont les suivants:

  • Energie potentielle gravitationnelle qui dépend de la position verticale et de la masse d'un objet.
  • Energie potentielle élastique d'un ressort prolongé
  • Energie potentielle électrique d'une charge dans un champ électrique.

L'unité de mesure du Système international d'unités pour l'énergie est le joule (J).

L'énergie potentielle est associée aux forces agissant sur un corps de telle sorte que cela ne dépend que de la position du corps dans l'espace; ces forces peuvent être représentées par un vecteur en tout point de l'espace, formant ce que l'on appelle un champ de forces vectoriel ou un champ de forces.

Si le travail d’un champ de force agissant sur un corps qui passe d’une position initiale à une position finale n’est déterminé que par ces deux positions, il ne dépend donc pas de la trajectoire du corps - il existe alors une fonction appelée Énergie potentielle pouvant être évaluée aux deux positions pour déterminer le travail.

Le terme "énergie potentielle" a été introduit par William Rankine, ingénieur et physicien écossais du XIXe siècle, bien qu'il soit lié au concept de potentialité du philosophe grec Aristote.

Energie potentielle gravitationnelle

L'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie potentielle qu'un objet gagne par l'effet gravitationnel d'un autre objet (généralement de très grands corps, par exemple, la Terre, le Soleil). Cette énergie est directement proportionnelle à la masse de l'objet et à la taille de la masse attirée. La magnitude de la masse attirée crée l'accélération de la gravité. Cette accélération pour le monde est d'environ 9,8 m / s² à la surface de la Terre.

Puisqu'il existe différents types de forces, il existe également différents types d'énergie potentielle. L'énergie potentielle résultant de la force de gravité, par exemple, est appelée énergie gravitationnelle ou énergie gravitationnelle potentielle. Pour un objet de masse m, à la hauteur h, l'expression suivante est appliquée à l'énergie gravitationnelle de l'objet:

Epot = m · g · h

Où (en unités SI):

Epot - L'énergie potentielle en joules (J).
M - La masse en kilogrammes (kg)
h - La hauteur en mètres (m)
g - L'accélération de la chute en m / s² (environ 9,81 m / s²)

L'énergie potentielle si l'objet est dans le niveau. h = 0 est mis à zéro.

Cependant, lorsque cet objet est situé à une grande distance de la surface de la Terre, la gravité n'est plus constante et la formule précédente ne s'applique plus.

L’expression de l’énergie potentielle gravitationnelle devient alors:

Énergie potentielle

L'énergie potentielle à une distance infinie de la Terre est ici à zéro, car la formule est la plus simple (c'est parce que, contrairement à de nombreux autres cas, la différence d'énergie a une limite finie ici). L'énergie potentielle est donc toujours négative et, comme dans le modèle mentionné ci-dessus, elle augmente à mesure que l'objet s'éloigne du sol.

Transformation de l'énergie potentielle en d'autres types d'énergie

L’énergie peut se manifester sous de nombreuses formes, notamment l’énergie chimique, l’énergie thermique, le rayonnement électromagnétique, l’énergie gravitationnelle, l’énergie électrique, l’énergie élastique, l’énergie nucléaire et l’énergie des autres. Tous ces types d’énergie peuvent être classés en deux classes principales: l’énergie potentielle et l’énergie cinétique. L'énergie potentielle peut être transférée entre les objets et transformée en d'autres types d'énergie.

Exemple de transformation d'énergie potentielle

L'énergie potentielle peut être transformée en d'autres types d'énergie, comme par exemple l'énergie cinétique, qui peut être facilement illustrée par l'exemple suivant:

En frappant une balle, le joueur transmet une énergie potentielle de sa jambe à la balle, qui devient une énergie élastique potentielle en déformant la balle et en comprimant l'air à l'intérieur. En retrouvant la forme initiale, cette énergie potentielle élastique de la balle est convertie en énergie cinétique au moment où la balle quitte à pleine vitesse.

Si le joueur a botté le ballon avec une trajectoire complètement verticale, au fur et à mesure que le ballon perd de sa vitesse, il perdra de l’énergie cinétique, qui se transformera en énergie potentielle gravitationnelle. Cela se produira jusqu'au point le plus élevé. À ce stade, la balle n'aura pas d'énergie cinétique et toute son énergie sera potentielle. Lorsque le ballon commence à tomber, l'énergie potentielle gravitationnelle redevient énergie cinétique.

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Dernier examen: 1 septembre 2017

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