Énergie potentielle

Formule de l'énergie potentielle

L'énergie potentielle est une forme d'énergie stockée due à la position relative d'un objet dans un système. Par conséquent, la formule de l'énergie potentielle varie en fonction du type de système dans lequel se trouve l'objet. En général, le terme d'énergie potentielle est utilisé demanière interchangeable avec l'énergie potentielle gravitationnelle. Nous pouvons toujours déduire la forme d'énergie potentielle d'un objet en examinant le contexte dans lequel le problème est présenté. Par exemple, pour les objets qui tombent d'une certaine hauteur, l'énergie potentielle fera toujours référence à l'énergie potentielle gravitationnelle, et pour un ressort étiré, l'énergie potentielle est l'énergie potentielle élastique du ressort étiré. Examinons ces différents scénarios en détail.

Énergie potentielle gravitationnelle

L'énergie est stockée dans un objet en raison de sa position dans le champ gravitationnel de la terre. L'énergie potentielle d'un objet stocké à une hauteur h avec une masse m est donnée par :

$E_{\mathrm{p}}=mgh$

ou en d'autres termes

$\mathrm{Potential}\mathrm{energy}=\mathrm{mass}\times \mathrm{gravitational}\mathrm{field}\mathrm{strength}\times \mathrm{height}$

où$m$est la masse de l'objet,$g=9.8\mathrm{N}/\mathrm{kg}$est l'accélération due à la gravité et$h$est la hauteur à laquelle il est maintenu. L'accélération$E_p$est maximale au point le plus haut et elle continue à diminuer au fur et à mesure que l'objet tombe jusqu'à ce qu'elle soit nulle lorsque l'objet atteint le sol. L 'énergie potentielle est mesurée en$\mathrm{Joules}$ou$\mathrm{Nm}$.$1\mathrm{J}$est définie comme le travail effectué par une force de$1\mathrm{N}$pour déplacer un objet sur une distance de$1\mathrm{m}$.

Énergie potentielle élastique

L'énergie stockée dans les matériaux élastiques à la suite d'un étirement ou d'une compression est connue sous le nom d'énergie potentielle élastique.

$E_e=\frac{1}{2}k{e}^2$

ou en mots

$\mathrm{elastic}\mathrm{potential}\mathrm{energy}=0.5\times \mathrm{spring}\mathrm{constant}\times {\mathrm{extension}}^2$

où$k$est la constante d'élasticité du matériau et$e$est la distance à laquelle il est étiré. Elle peut également être définie comme le travail effectué pour étirer un élastique d'élasticité$k$par extension$e$.

Autres types d'énergie potentielle

L'énergie potentielle peut être de plusieurs types. L'énergie potentielle étant une forme d'énergie stockée, elle peut être stockée sous différentes formes. L'énergie potentielle peut également être stockée à l'intérieur des produits chimiques dans les liaisons des molécules ou des atomes.

Énergie potentielle chimique

L'énergie potentielle chimique est un type d'énergie potentielle qui est stockée dans les liaisons entre les atomes ou les molécules de différents composés. Cette énergie est transférée lorsque les liaisons sont rompues au cours des réactions chimiques.

Énergie potentielle nucléaire

L'énergie potentielle nucléaire est l'énergie qui se trouve dans le noyau d'un atome. C'est l'une des sources d'énergie les plus puissantes de l'univers. L'énergie potentielle nucléaire peut être libérée de la façon suivante.

• Fusion - L'énergie est libérée lorsque deux petits noyaux se combinent, comme les isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, qui se combinent pour former de l'hélium et un neutron libre.
• Fission - L'énergie est libérée par la décomposition d'un noyau parent en deux noyaux différents appelés "filles". Le noyau d'un atome comme l'uranium peut se décomposer en noyaux plus petits de masse égale, ce qui libère de l'énergie.
• Décroissance radioactive - Les noyaux instables dissipent de l'énergie sous forme d'ondes radioactives nocives (de l'énergie nucléaire à l'énergie de rayonnement).

Cette image montre les processus de fission et de fusion nucléaires. Les deux processus libèrent de l'énergie potentielle nucléaire sous forme de rayonnement, de chaleur et d'énergie cinétique, Wikimedia Commons CC-BY-SA-4.0.

Exemples d'énergie potentielle

Élaborons quelques exemples d'énergie potentielle pour mieux comprendre ce concept.