Énergie potentielle initiale. Énergie cinétique et potentielle. Loi de conservation de l'énergie

Ingénieur et physicien William Rankine.

L'unité SI d'énergie est le Joule.

L'énergie potentielle est supposée nulle pour une certaine configuration de corps dans l'espace, dont le choix est déterminé par la commodité de calculs ultérieurs. Le processus de choix de cette configuration est appelé normalisation de l'énergie potentielle.

Une définition correcte de l'énergie potentielle ne peut être donnée que dans un champ de forces dont le travail ne dépend que de la position initiale et finale du corps, mais pas de la trajectoire de son mouvement. De telles forces sont dites conservatrices.

De plus, l'énergie potentielle est une caractéristique de l'interaction de plusieurs corps ou d'un corps et d'un champ.

Tout système physique tend vers un état avec l’énergie potentielle la plus faible.

L'énergie potentielle de déformation élastique caractérise l'interaction entre les parties du corps.

Énergie potentielle dans le champ gravitationnel terrestre

L'énergie potentielle dans le champ gravitationnel de la Terre près de la surface est approximativement exprimée par la formule :

où est la masse du corps, est l'accélération de la gravité, est la hauteur du centre de masse du corps au-dessus d'un niveau zéro arbitrairement choisi.

Sur la signification physique de la notion d'énergie potentielle

• Si l'énergie cinétique peut être déterminée pour un corps individuel, alors l'énergie potentielle caractérise toujours au moins deux corps ou la position d'un corps dans un champ externe.
• L'énergie cinétique est caractérisée par la vitesse ; potentiel - par la position relative des corps.
• La signification physique principale n'est pas la valeur de l'énergie potentielle elle-même, mais son changement.

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Livres

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Désignant « action ». Vous pouvez appeler une personne énergique qui bouge, crée un certain travail, peut créer, agir. Les machines créées par l’homme, les êtres vivants et la nature possèdent également de l’énergie. Mais c'est dans la vie de tous les jours. De plus, il en existe une stricte qui a défini et désigné de nombreux types d'énergie - électrique, magnétique, atomique, etc. Cependant, nous allons maintenant parler de l'énergie potentielle, qui ne peut être considérée indépendamment de l'énergie cinétique.

Énergie cinétique

Cette énergie, selon les concepts de la mécanique, est possédée par tous les corps qui interagissent les uns avec les autres. Et dans ce cas, nous parlons du mouvement des corps.

Énergie potentielle

Ce type d'énergie est créé lors de l'interaction de corps ou de parties d'un corps, mais il n'y a pas de mouvement en tant que tel. C'est la principale différence avec l'énergie cinétique. Par exemple, si vous soulevez une pierre au-dessus du sol et la maintenez dans cette position, elle aura de l'énergie potentielle, qui peut se transformer en énergie cinétique si la pierre est relâchée.

L'énergie est généralement associée au travail. Autrement dit, dans cet exemple, la pierre libérée peut produire un certain travail lors de sa chute. Et la quantité de travail possible sera égale à l'énergie potentielle du corps à une certaine hauteur h. Pour calculer cette énergie, la formule suivante est utilisée :

A=Fs=Ft*h=mgh, ou Ep=mgh, où :
Ep - énergie potentielle du corps,
m- masse corporelle,
h est la hauteur du corps au-dessus du sol,
g est l'accélération de la chute libre.

Deux types d'énergie potentielle

L'énergie potentielle est de deux types :

1. Énergie dans la position relative des corps. Une pierre suspendue a une telle énergie. Il est intéressant de noter que le bois ordinaire ou le charbon ont également un potentiel énergétique. Ils contiennent du carbone non oxydé qui peut s'oxyder. Pour faire simple, le bois brûlé peut potentiellement chauffer l’eau.

2. Énergie de déformation élastique. Les exemples incluent ici une bande élastique, un ressort comprimé ou un système « os-muscle-ligament ».

L'énergie potentielle et l'énergie cinétique sont interdépendantes. Ils peuvent se transformer l'un en l'autre. Par exemple, si vous lancez une pierre, elle possède initialement de l’énergie cinétique lorsqu’elle se déplace. Lorsqu'il atteint un certain point, il gèle pendant un moment et gagne de l'énergie potentielle, puis la gravité le tire vers le bas et l'énergie cinétique réapparaît.

L’unité d’énergie du Système international d’unités (SI) est le joule et l’unité du SGH est l’erg.

Sur la signification physique de la notion d'énergie potentielle

F → (r →) = − ∇ E p (r →) , (\displaystyle (\vec (F))((\vec (r)))=-\nabla E_(p)((\vec (r) )),)

ou, dans le cas simple unidimensionnel,

F (x) = − d E p (x) / d x , (\displaystyle F(x)=-(\rm (d))E_(p)(x)/(\rm (d))x,)

donc le choix est arbitraire E p 0 (\displaystyle E_(p0)) n'a aucun effet.

Types d'énergie potentielle

Dans le champ gravitationnel de la Terre

Énergie potentielle du corps E p ( displaystyle E_ (p)) dans le champ gravitationnel de la Terre près de la surface est exprimé approximativement par la formule :

E p = m g h , (\displaystyle \E_(p)=mgh,)

Où m (style d'affichage m)- masse corporelle, g (\style d'affichage\g)- Accélération de la gravité , h (\style d'affichage\h)- la hauteur du centre de masse du corps au-dessus d'un niveau zéro arbitrairement choisi.

Dans un champ électrostatique

Énergie potentielle d'un point matériel porteur d'une charge électrique q p ( displaystyle q_ (p)), dans un champ électrostatique de potentiel φ (r →) (\displaystyle \varphi ((\vec (r)))) est:

E p = q p φ (r →) . (\displaystyle \E_(p)=q_(p)\varphi ((\vec (r))).)

Par exemple, si un champ est créé par une charge ponctuelle dans le vide, alors il y aura E p = q p q / 4 π ε 0 r (\displaystyle \E_(p)=q_(p)q/4\pi \varepsilon _(0)r)(enregistré dans le système

Le concept d'énergie en tant que grandeur physique est introduit pour caractériser la capacité d'un corps ou d'un système de corps à effectuer un travail. Comme on le sait, il existe différentes sortesénergie. A côté de l'énergie cinétique déjà évoquée ci-dessus, que possède un corps en mouvement, il existe différents types d'énergie potentielle : l'énergie potentielle dans un champ gravitationnel, l'énergie potentielle d'un ressort étiré ou comprimé ou, en général, de tout corps déformé élastiquement, etc.

Transformations énergétiques. La principale propriété de l’énergie est sa capacité à être convertie d’un type à un autre en quantités équivalentes. Des exemples bien connus de telles transformations sont la transition de l'énergie potentielle en énergie cinétique lorsqu'un corps tombe d'une hauteur, la transition des énergies cinétiques en énergie potentielle lorsqu'un corps projeté vers le haut s'élève et les transformations mutuelles alternées des énergies cinétiques et potentielles lors des oscillations. d'un pendule. Chacun de vous peut donner de nombreux autres exemples similaires.

L'énergie potentielle est associée à l'interaction de corps ou de parties d'un corps. Pour introduire ce concept de manière cohérente, il est naturel de considérer un système de corps en interaction. Le point de départ ici peut être le théorème sur l'énergie cinétique d'un système, défini comme la somme des énergies cinétiques des particules qui composent le système :

Le travail des forces internes. Comme précédemment, lorsque nous avons discuté de la loi de conservation de la quantité de mouvement d'un système de corps, nous diviserons les forces agissant sur les corps du système en externes et internes. Par analogie avec la loi du changement de quantité de mouvement, on pourrait s'attendre à ce que pour un système de points matériels, le changement de l'énergie cinétique du système soit égal au travail effectué uniquement par les forces externes agissant sur le système. Mais il est facile de constater que ce n’est pas le cas. En révisant

changements dans la quantité de mouvement totale du système, les impulsions des forces internes se sont mutuellement détruites en raison de la troisième loi de Newton. Cependant, le travail des forces internes ne sera pas détruit par paires, puisque dans le cas général les particules sur lesquelles agissent ces forces peuvent effectuer des mouvements différents.

En effet, lors du calcul des impulsions des forces internes, elles ont été multipliées par le même temps d'interaction, et lors du calcul du travail, ces forces ont été multipliées par les déplacements des corps correspondants, qui peuvent différer. Par exemple, si deux particules attractives se déplacent l'une vers l'autre, alors les forces internes de leur interaction effectueront un travail positif et leur somme sera non nulle.

Ainsi, le travail des forces internes peut conduire à une modification de l'énergie cinétique du système. C'est précisément pour cette raison que l'énergie mécanique d'un système de corps en interaction ne se réduit pas à la seule somme de leurs énergies cinétiques. L'énergie mécanique totale du système, ainsi que l'énergie cinétique, incluent l'énergie potentielle d'interaction entre les particules du système. L'énergie totale dépend de la position et de la vitesse des particules, c'est-à-dire qu'elle est fonction de l'état mécanique du système.

Énergie potentielle. En plus de diviser les forces agissant sur les particules du système en externes et internes, pour introduire le concept d'énergie potentielle, il est nécessaire de diviser toutes les forces en deux groupes selon un autre critère.

Le premier groupe comprend les forces dont le travail, lorsque les positions relatives des particules changent, ne dépend pas de la méthode de modification de la configuration du système, c'est-à-dire de quelles trajectoires et dans quel ordre les particules du système se déplacent depuis leurs positions initiales. à leurs derniers. Nous appellerons de telles forces potentielles. Des exemples de forces potentielles incluent les forces gravitationnelles, les forces coulombiennes d’interaction électrostatique de particules chargées et les forces élastiques. Les champs de force correspondants sont également appelés potentiels.

Le deuxième groupe comprend les forces dont le travail dépend de la forme du chemin. Nous regrouperons ces forces sous le nom de non-potentiel. L’exemple le plus typique de forces non potentielles est la force de frottement de glissement, dirigée à l’opposé de la vitesse relative.

Travaillez dans un champ uniforme. L'énergie potentielle est quantifiée grâce au travail des forces potentielles. Considérons, par exemple, un certain corps dans le champ gravitationnel uniforme de la Terre, qui, en raison de sa grande masse, sera considéré comme immobile. Dans un champ uniforme, la force de gravité agissant sur le corps est la même partout, et donc, comme nous l'avons montré dans le paragraphe précédent,

son travail lors du déplacement d'un corps ne dépend pas de la forme de la trajectoire reliant les points de départ et d'arrivée. Le travail de gravité lors du déplacement d'un corps de la position 1 à la position 2 (Fig. 115) est déterminé uniquement par la différence de hauteurs dans les positions initiale et finale :

Étant donné que le travail ne dépend pas de la forme du trajet, il peut servir de caractéristique des points de départ et d'arrivée, c'est-à-dire de caractéristique du champ de force lui-même.

Riz. 115. Le travail effectué par gravité lors du passage de la position 1 à la position 2 est égal à

Prenons comme origine n'importe quel point du champ (par exemple, celui à partir duquel les hauteurs dans la formule sont mesurées) et nous considérerons le travail effectué par la gravité lors du déplacement d'une particule vers ce point à partir d'un autre point arbitraire P situé au hauteur Ce travail, comme il ressort de ( 2), est égal et est appelé l'énergie potentielle de la particule au point P :

En fait, c’est l’énergie potentielle d’interaction gravitationnelle entre le corps et la Terre qui crée ce champ.

Travail et énergie potentielle. Le travail effectué par la gravité lors du déplacement d'un corps du point 1 au point 2, donné par la formule (2), est égal à la différence des énergies potentielles aux points initial et final du chemin :

Dans un champ potentiel arbitraire, où l'ampleur et la direction de la force dépendent de la position de la particule, l'énergie potentielle en un point P, comme dans un champ uniforme, est égale au travail de la force du champ lorsque la particule se déplace de ce point P à l'origine, c'est-à-dire à un point fixe dont l'énergie potentielle est supposée nulle. Le choix du point auquel l’énergie potentielle est supposée nulle est arbitraire et n’est déterminé que par des considérations de commodité. Par exemple, dans un champ de gravité uniforme de la Terre, il est pratique de mesurer la hauteur et l’énergie potentielle à partir de la surface de la Terre (niveau de la mer).

L'ambiguïté constatée dans la définition de l'énergie potentielle n'affecte en rien les résultats dans l'utilisation pratique de la notion d'énergie potentielle, puisque la signification physique

n'a qu'un changement d'énergie potentielle, c'est-à-dire la différence de ses valeurs en deux points du champ, à travers laquelle le travail des forces de champ s'exprime lors du déplacement d'un corps d'un point à un autre.

Champ central. Montrons la nature potentielle du champ central, dans lequel la force ne dépend que de la distance au centre de la force et est dirigée le long du rayon. Des exemples de champs centraux incluent le champ gravitationnel d'une planète ou de tout corps avec une distribution de masse sphérique symétrique, le champ électrostatique d'une charge ponctuelle, etc.

Laissez le corps, sur lequel agit une force centrale dirigée radialement à partir du centre de force O (Fig. 116), se déplacer du point 1 au point 2 le long d'une certaine courbe. Divisons l'ensemble du chemin en petites sections afin que la force au sein de chaque section puisse être considérée comme constante. Le travail de force dans une telle section

Mais comme on peut le voir sur la Fig. 116, il y a une projection d'un déplacement élémentaire sur la direction du rayon vecteur tiré du centre de force : Ainsi, le travail sur une section distincte est égal au produit de la force et de la variation de la distance au centre de force. En résumant le travail dans toutes les sections, nous sommes convaincus que le travail des forces de champ lors du déplacement d'un corps du point I au point 2 est égal au travail de déplacement le long du rayon du point I au point 3 (Fig. 116). Ainsi, ce travail est déterminé uniquement par les distances initiales et finales du corps au centre de force et ne dépend pas de la forme du trajet, ce qui prouve la nature potentielle de tout champ central.

Riz. 116. Travail des forces centrales de campagne

Énergie potentielle dans le champ gravitationnel. Pour obtenir une expression explicite de l'énergie potentielle d'un corps en un certain point du champ, il est nécessaire de calculer le travail effectué lors du déplacement d'un corps d'un point à un autre, dont l'énergie potentielle est supposée nulle. Présentons des expressions de l'énergie potentielle dans quelques cas importants de champs centraux.

L'énergie potentielle d'interaction gravitationnelle des masses ponctuelles et M ou des corps avec une distribution de masses à symétrie sphérique, dont les centres sont situés à distance les uns des autres, est donnée par l'expression

Bien entendu, cette énergie peut aussi être considérée comme l'énergie potentielle d'un corps de masse dans le champ gravitationnel créé par un corps de masse M. Dans l'expression (5), l'énergie potentielle est prise égale à zéro à une distance infiniment grande. entre les corps en interaction : à

Pour l'énergie potentielle d'un corps de masse dans le champ gravitationnel de la Terre, il convient de modifier la formule (5) en tenant compte de la relation (7) du § 23 et d'exprimer l'énergie potentielle en termes d'accélération de la gravité du Surface de la Terre et rayon de la Terre

Si la hauteur du corps au-dessus de la surface de la Terre est petite par rapport au rayon de la Terre, alors en substituant in dans la forme et en utilisant une formule approximative, nous pouvons transformer la formule (6) comme suit :

Le premier terme à droite de (7) peut être omis, car il est constant, c’est-à-dire qu’il ne dépend pas de la position du corps. Alors au lieu de (7) nous avons

ce qui coïncide avec la formule (3), obtenue dans l’approximation de la Terre « plate » pour un champ de gravité uniforme. Nous soulignons cependant que contrairement à (6) ou (7), dans la formule (8), l’énergie potentielle est mesurée à partir de la surface de la Terre.

Tâches

1. Énergie potentielle dans le champ gravitationnel terrestre. Quelle est l’énergie potentielle d’un corps à la surface de la Terre et à une distance infiniment grande de la Terre, si on la prend égale à zéro au centre de la Terre ?

Solution. Pour trouver l'énergie potentielle d'un corps à la surface de la Terre, à condition qu'elle soit égale à zéro au centre de la Terre, il faut calculer le travail effectué par la force de gravité lors du déplacement mental d'un corps depuis la surface de la Terre en son centre. Comme cela a été découvert précédemment (voir formule (10) § 23), la force gravitationnelle agissant sur un corps situé dans les profondeurs de la Terre est proportionnelle à sa distance par rapport au centre de la Terre, si l'on considère la Terre comme un ensemble homogène. balle avec la même densité partout :

Pour calculer le travail, nous divisons l’ensemble du trajet depuis la surface de la Terre jusqu’à son centre en petites sections sur lesquelles la force peut être considérée comme constante. Le travail sur une petite zone distincte est représenté sur un graphique de la force en fonction de la distance (Fig. 117) par la surface d'une étroite bande ombrée. Ce travail est positif, puisque les directions de gravité et de déplacement coïncident. Travail complet évidemment

représenté par l'aire d'un triangle avec base et hauteur

La valeur de l'énergie potentielle à la surface de la Terre est égale au travail donné par la formule (9) :

Afin de trouver la valeur de l'énergie potentielle à une distance infiniment grande de la Terre, il faut tenir compte du fait que la différence des énergies potentielles à l'infini et à la surface de la Terre est égale, conformément à (6), et ne fait pas dépendent de l'endroit où le zéro de l'énergie potentielle est choisi. C'est cette valeur qu'il faut ajouter à la valeur (10) de l'énergie potentielle en surface pour obtenir la valeur souhaitée à l'infini :

2. Graphique de l'énergie potentielle. Construisez un graphique de l’énergie potentielle d’un corps de masse dans le champ gravitationnel de la Terre, en le considérant comme une sphère uniforme.

Solution. Pour plus de précision, prenons la valeur de l'énergie potentielle au centre de la Terre égale à zéro.

Riz. 117. Au calcul de l'énergie potentielle

Riz. 118. Graphique d'énergie potentielle

Pour tout point interne situé à distance du centre de la Terre, l'énergie potentielle est calculée de la même manière que dans le problème précédent : comme suit de la Fig. 117, elle est égale à l'aire d'un triangle avec une base et une hauteur. Ainsi,

Pour tracer un graphique de l'énergie potentielle à l'endroit où la force diminue en proportion inverse du carré de la distance (Fig. 117), vous devez utiliser la formule (6). Mais conformément au choix fait du point de référence de l'énergie potentielle à la valeur donnée

mula (6), une valeur constante doit être ajoutée. Par conséquent

Le graphique complet est présenté dans Dans la zone allant du centre de la Terre à sa surface, il représente un segment de parabole (12) dont le minimum est situé à Cette dépendance est parfois appelée « puits de potentiel quadratique ». Sur la coupe allant de la surface terrestre à l'infini, le graphique est un segment d'hyperbole (13). Ces segments d'une parabole et d'une hyperbole se croisent en douceur, sans interruption. Le déroulement du graphique correspond au fait que dans le cas de forces attractives, l'énergie potentielle augmente avec l'augmentation de la distance.

Énergie de déformation élastique. Les forces potentielles incluent également les forces résultant de la déformation élastique des corps. Selon la loi de Hooke, ces forces sont proportionnelles à la déformation. Par conséquent, l’énergie potentielle de déformation élastique dépend quadratiquement de la déformation. Cela devient immédiatement clair si l'on considère que la dépendance de la force sur le déplacement par rapport à la position d'équilibre est ici la même que celle de la force de gravité discutée ci-dessus agissant sur un corps à l'intérieur d'une boule massive homogène. Par exemple, lors de l'étirement ou de la compression d'un ressort élastique, la raideur k, lorsque la force agissant, l'énergie potentielle est donnée par l'expression

Ici, on suppose qu’en position d’équilibre, l’énergie potentielle est nulle.

L'énergie potentielle en chaque point du champ de force a une certaine valeur. Il peut donc servir de caractéristique à ce domaine. Ainsi, un champ de force peut être décrit en précisant soit la force en chaque point, soit la valeur de l'énergie potentielle. Ces manières de décrire un champ de force potentiel sont équivalentes.

Relation entre force et énergie potentielle.Établissons le lien entre ces deux méthodes de description, c'est-à-dire la relation générale entre la force et le changement d'énergie potentielle. Considérons le mouvement d'un corps entre deux points proches du champ. Le travail effectué par les forces de terrain lors de ce mouvement est égal à . D'autre part, ce travail est égal à la différence entre les valeurs de l'énergie potentielle aux points initial et final du mouvement, c'est-à-dire la variation de l'énergie potentielle prise avec le signe opposé. C'est pourquoi

Le côté gauche de cette relation peut s'écrire comme le produit de la projection d'une force sur la direction du mouvement et du module de ce mouvement.

La projection d'une force potentielle sur une direction arbitraire peut être trouvée comme le rapport de la variation de l'énergie potentielle avec un petit déplacement le long de cette direction au module de déplacement, pris avec le signe opposé.

Surfaces équipotentielles. Les deux méthodes de description d'un champ de potentiel peuvent être comparées à des images géométriques visuelles - des images de lignes de force ou de surfaces équipotentielles. L'énergie potentielle d'une particule dans un champ de force est fonction de ses coordonnées. Équivalent à une valeur constante, on obtient l'équation d'une surface en tous points dont l'énergie potentielle a la même valeur. Ces surfaces d’énergie potentielle égale, appelées équipotentielles, donnent une image claire d’un champ de force.

La force en chaque point est dirigée perpendiculairement à la surface équipotentielle passant par ce point. Ceci est facile à voir en utilisant la formule (15). En fait, choisissons un mouvement le long d’une surface d’énergie constante. Alors, par conséquent, la projection de la force sur la surface est égale à zéro. Ainsi, par exemple, dans un champ gravitationnel créé par un corps de masse M avec une distribution de masse à symétrie sphérique, l'énergie potentielle du corps de masse est donnée par l'expression Les surfaces à énergie constante d'un tel champ sont des sphères dont les centres coïncident avec le centre de force.

La force agissant sur la masse est perpendiculaire à la surface équipotentielle et dirigée vers le centre de force. La projection de cette force sur le rayon tiré du centre de force peut être trouvée à partir de l'expression (5) de l'énergie potentielle en utilisant la formule (15) :

ce qui donne

Le résultat obtenu confirme l'expression de l'énergie potentielle donnée ci-dessus sans preuve (5).

Une représentation visuelle de surfaces de valeurs d'énergie potentielle égales peut être tirée de l'exemple d'un terrain accidenté

terrain. Les points de la surface terrestre situés au même niveau horizontal correspondent aux mêmes valeurs de l'énergie potentielle du champ gravitationnel. Ces points forment des lignes continues. Sur les cartes topographiques, ces lignes sont appelées courbes de niveau. Il est facile de restituer tous les traits du relief le long des lignes horizontales : collines, dépressions, selles. Sur les pentes raides, les lignes horizontales sont plus denses et plus proches les unes des autres que sur les pentes douces. Dans cet exemple, des valeurs égales d'énergie potentielle correspondent à des lignes et non à des surfaces, puisqu'il s'agit ici d'un champ de force, où l'énergie potentielle dépend de deux coordonnées (et non de trois).

Expliquez la différence entre les forces potentielles et non potentielles.

Qu’est-ce que l’énergie potentielle ? Quels champs de force sont appelés potentiels ?

Obtenir l’expression (2) pour le travail de la gravité dans un champ uniforme de la Terre.

Quelle est la raison de l’ambiguïté de l’énergie potentielle et pourquoi cette ambiguïté n’a-t-elle aucun effet sur les résultats physiques ?

Prouver que dans un champ de force potentiel, où le travail effectué lors du déplacement d'un corps entre deux points quelconques ne dépend pas de la forme de la trajectoire, le travail effectué lorsque le corps se déplace le long d'un chemin fermé est nul.

Obtenez l’expression (6) de l’énergie potentielle d’un corps de masse dans le champ gravitationnel de la Terre. Quand cette formule est-elle valable ?

Comment l’énergie potentielle dans le champ gravitationnel terrestre dépend-elle de la hauteur au-dessus de la surface ? Considérons les cas où la hauteur est petite et où elle est comparable au rayon de la Terre.

Indiquez sur le graphique de l'énergie potentielle en fonction de la distance (voir Fig. 118) la région où l'approximation linéaire (7) est valide.

Dérivation de la formule de l'énergie potentielle. Pour obtenir la formule (5) de l'énergie potentielle dans le champ gravitationnel central, il est nécessaire de calculer le travail des forces de champ lorsqu'un corps de masse est déplacé mentalement d'un point donné à un point à l'infini. Le travail selon la formule (4) § 31 est exprimé par l'intégrale de la force le long de la trajectoire le long de laquelle le corps se déplace. Puisque ce travail ne dépend pas de la forme de la trajectoire, l'intégrale peut être calculée pour se déplacer le long d'un rayon passant par le point qui nous intéresse ;

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Pour augmenter la distance d'un corps au centre de la Terre (élever le corps), il faut travailler sur celui-ci. Ce travail contre la gravité est stocké sous forme d’énergie potentielle du corps.

Pour comprendre ce que c'est énergie potentielle corps, nous trouverons le travail effectué par la gravité lors du déplacement vertical d’un corps de masse m d’une hauteur au-dessus de la surface de la Terre jusqu’à une hauteur .

Si la différence est négligeable par rapport à la distance au centre de la Terre, alors la force gravitationnelle lors du mouvement du corps peut être considérée comme constante et égale à mg.

Puisque le déplacement coïncide en direction avec le vecteur gravité, il s'avère que le travail de la gravité est égal à

D'après la dernière formule, il ressort clairement que le travail de la gravité lors du transfert d'un point matériel de masse m dans le champ gravitationnel de la Terre est égal à la différence entre deux valeurs d'une certaine quantité mgh. Puisque le travail est une mesure du changement d'énergie, le côté droit de la formule contient la différence entre les deux valeurs énergétiques de ce corps. Cela signifie que la valeur mgh représente l'énergie due à la position du corps dans le champ gravitationnel terrestre.

L'énergie provoquée par la position relative des corps en interaction (ou des parties d'un corps) est appelée potentiel et noté Wp. Ainsi, pour un corps situé dans le champ gravitationnel de la Terre,

Le travail effectué par la gravité est égal au changement énergie potentielle du corps, pris avec le signe opposé.

Le travail de la gravité ne dépend pas de la trajectoire du corps et est toujours égal au produit du module de gravité par la différence de hauteur dans les positions initiale et finale.

Signification énergie potentielle le corps élevé au-dessus de la Terre dépend du choix niveau zéro, c'est-à-dire la hauteur à laquelle l'énergie potentielle est supposée nulle. On suppose généralement que l’énergie potentielle d’un corps à la surface de la Terre est nulle.

Avec ce choix de niveau zéro énergie potentielle du corps, situé à une hauteur h au-dessus de la surface de la Terre, est égal au produit de la masse du corps par le module d’accélération gravitationnelle et sa distance à la surface de la Terre :

De tout ce qui précède, nous pouvons conclure : l'énergie potentielle d'un corps ne dépend que de deux quantités, à savoir : de la masse du corps lui-même et de la hauteur à laquelle ce corps est élevé. La trajectoire du mouvement d’un corps n’affecte en aucune façon l’énergie potentielle.

Une grandeur physique égale à la moitié du produit de la rigidité d'un corps par le carré de sa déformation est appelée énergie potentielle d'un corps déformé élastiquement :

L'énergie potentielle d'un corps déformé élastiquement est égale au travail effectué par la force élastique lorsque le corps passe à un état dans lequel la déformation est nulle.

Il y a aussi:

Énergie cinétique

Dans la formule que nous avons utilisée :

Énergie potentielle