Contenu
- Formule d'énergie potentielle pour le champ gravitationnel de la Terre
- Énergie potentielle élastique
- Potentiel électrique ou tension
L'énergie potentielle sonne comme son énergie tout simplement qui ne s'est pas concrétisée et le penser comme cela peut vous faire croire que ce n'est pas réel. Tenez-vous sous un coffre-fort suspendu à 30 pieds au-dessus du sol, et votre opinion pourrait changer. Le coffre-fort a une énergie potentielle due à la force de gravité et si quelqu'un coupait la corde qui le retenait, cette énergie se transformerait en énergie cinétique et, au moment où le coffre-fort vous parviendrait, il aurait suffisamment d'énergie "actualisée" pour vous donner vous avez mal à la tête.
Une meilleure définition de l'énergie potentielle est l'énergie emmagasinée et il faut du "travail" pour emmagasiner l'énergie. La physique a une définition spécifique du travail - le travail est effectué lorsqu'une force déplace un objet sur une distance. Le travail est lié à l'énergie. Il est mesuré en joules dans le système SI., Qui sont également des unités d’énergie potentielle et cinétique. Pour convertir le travail en énergie potentielle, vous devez agir contre un type de force particulier, et il y en a plusieurs. La force pourrait être la gravitation, un ressort ou un champ électrique. Les caractéristiques de la force déterminent la quantité d'énergie potentielle que vous stockez en agissant contre elle.
Formule d'énergie potentielle pour le champ gravitationnel de la Terre
La gravitation fonctionne de telle manière que deux corps s’attirent, mais tout sur la Terre est si petit comparé à la planète elle-même que seul le champ gravitationnel de la Terre est significatif. Si vous soulevez un corps (m) au-dessus du sol, ce corps subit une force qui tend à le faire accélérer vers le sol. L’ampleur de la force (F), de Newtons 2nd law, est donnée par F = mg, où g est l'accélération due à la gravité, constante partout sur Terre.
Supposons que vous soulevez le corps à une hauteur h. La quantité de travail que vous faites pour y parvenir est force × distance, ou mgh. Ce travail étant stocké en tant qu'énergie potentielle, l'équation d'énergie potentielle pour le champ gravitationnel de la Terre est simplement:
Energie potentielle gravitationnelle = mgh
Énergie potentielle élastique
Les ressorts, élastiques et autres matériaux élastiques peuvent stocker de l’énergie, ce qui est essentiellement ce que vous faites lorsque vous retirez un arc juste avant de tirer une flèche. Lorsque vous étirez ou comprimez un ressort, celui-ci exerce une force opposée qui lui permet de retrouver sa position d'équilibre. La force est proportionnelle à la distance que vous étirez ou comprimez (X). La constante de proportionnalité (k) est caractéristique du printemps. Selon la loi Hookes, F = −kx. Le signe moins indique la force de rappel du ressort qui agit dans le sens opposé à celui qui l’étend ou le comprime.
Pour calculer l’énergie potentielle stockée dans un matériau élastique, vous devez reconnaître que la force augmente au fur et à mesure que X augmente. Cependant, pour une distance infinitésimale, F est constant. En sommant les forces de toutes les distances infinitésimales entre 0 (équilibre) et l'extension ou la compression finale X, vous pouvez calculer le travail effectué et l’énergie stockée. Ce processus de sommation est une technique mathématique appelée intégration. Il produit la formule énergétique potentielle pour un matériau élastique:
Energie potentielle = kx2/2
où X est l'extension et k est la constante de printemps.
Potentiel électrique ou tension
Pensez à déplacer une charge positive q dans un champ électrique généré par une charge positive plus grande Q. En raison des forces de répulsion électriques, il faut du travail pour rapprocher la plus petite charge de la plus grande. Selon la loi de Coulombs, la force entre les accusations à tout moment est kqQ/r2, où r est la distance entre eux. Dans ce cas, k Coulombs est-il constant, pas la constante du ressort? Les physiciens les désignent tous les deux par k. Vous calculez l'énergie potentielle en considérant le travail nécessaire pour bouger q d'infiniment loin de Q à sa distance r. Ceci donne l'équation d'énergie potentielle électrique:
Énergie potentielle électrique = kqQ/r
Le potentiel électrique est légèrement différent. C'est la quantité d'énergie stockée par unité de charge, et sa tension, mesurée en volts (joules / coulomb). L'équation du potentiel électrique ou de la tension générée par la charge Q à une distance r est:
Potentiel électrique = kQ/r