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Energia potenziale

Autore: Leandro Alegsa

17-01-2021

L'energia potenziale è l'energia immagazzinata o repressa di un oggetto. Spesso è in contrasto con l'energia cinetica.

In fisica, l'energia potenziale è l'energia che un oggetto ha per la sua posizione in un campo di forza o che un sistema ha per il modo in cui le sue parti sono disposte. I tipi comuni includono l'energia potenziale gravitazionale di un oggetto che dipende dalla sua posizione verticale e dalla sua massa, l'energia potenziale elastica di una molla estesa e l'energia potenziale elettrica di una carica in un campo elettrico. L'unità SI per l'energia è il joule (simbolo J).

L'energia potenziale è spesso associata al ripristino di forze come una molla o la forza di gravità. L'azione di stiramento della molla o di sollevamento della massa viene eseguita da una forza esterna che lavora contro il campo di forza del potenziale. Questo lavoro è immagazzinato nel campo di forza, che si dice sia immagazzinato come energia potenziale. Se la forza esterna viene rimossa, il campo di forza agisce sul corpo per eseguire il lavoro mentre riporta il corpo nella posizione iniziale, riducendo l'allungamento della molla o causando la caduta di un corpo. Quando questo accade, l'energia potenziale si trasforma in energia cinetica. L'energia totale rimane la stessa a causa della legge di conservazione dell'energia.

I fisici dicono che l'energia potenziale è la differenza tra l'energia di un oggetto in una data posizione e la sua energia in una posizione di riferimento.

Esempi semplici

Portare una roccia in salita aumenta la sua energia potenziale sotto la gravità. Allungare un elastico aumenta la sua energia potenziale elastica, che è una forma di energia potenziale elettrica. Una miscela di un combustibile e un ossidante ha un'energia potenziale chimica, che è un'altra forma di energia potenziale elettrica. Anche le batterie hanno energia chimica potenziale.

Tipi di energia potenziale

Ci sono vari tipi di energia potenziale, ciascuno associato ad un particolare tipo di forza.

Energia potenziale gravitazionale

L'energia potenziale gravitazionale è sperimentata da un oggetto quando l'altezza e la massa sono un fattore del sistema. L'energia potenziale gravitazionale fa sì che gli oggetti si muovano l'uno verso l'altro. Se un oggetto viene sollevato ad una certa distanza dalla superficie dalla Terra, la forza sperimentata è causata dal peso e dall'altezza. Il lavoro è definito come forza a distanza, e lavoro è un'altra parola per energia. L'energia potenziale aggiunta quando si solleva un oggetto è:

U = F Δ h {\f Δ h {\fscx130\fscy130\frx40} U = F Δ h {\fscy130\frx40}Delta h $U = F \Delta h$

dove

La F ' la forza di gravita'.

Δ h Δ h Δ h Δ h $\Delta h$ è il cambiamento di altezza

oppure

U = m g h {\programmazione U=mgh} U = mgh

Qui, g = 9,81 m / s 2 {\fscx130\fscy130\frx40}- Qui, g = 9,81 m / s ^{2}}} ${\textstyle g=9.81\ \mathrm {m/s} ^{2}}$ è l'accelerazione dovuta alla gravità.

Il lavoro totale svolto dall'energia potenziale gravitazionale quando un oggetto cade dalla posizione 1 alla posizione 2 è:

Δ W = U 1 - U 2 {\a6}Delta W=U_{1}-U_{2}}} $\Delta W = U_1-U_2$

oppure

Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\a6}}Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}}} $\Delta W = mgh_1-mgh_2$

dove

m {\fscx130\fscy130\frx40}M{\fscx130\fscy130\frx40}E' la massa dell'oggetto

h 1 {\fscx130\fscy130\frx40}H h_1 1 {\fscx130\fscy130\frx40}E' la prima posizione

h 2 {\fscx130\fscy130\frx40}H 2 h_2 è la seconda posizione

Energia elettrica potenziale

L'energia elettrica potenziale è sperimentata da cariche diverse e simili, che si respingono o si attraggono l'una con l'altra. Le cariche possono essere positive (+) o negative (-), dove le cariche opposte si attraggono e quelle simili si respingono. Se due cariche sono state poste ad una certa distanza l'una dall'altra, l'energia potenziale immagazzinata tra le cariche può essere calcolata da:

U = k Q q q r {\a6}}}}(U = k Q q q r) $U = \frac{kQq}{r}$

dove

k {\displaystyle k} è 1/4πє (per aria o vuoto è 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}C^{2}/C^{2}}}} 9 x 10^9 N m^2/C^2 )

La Q {\an8} è la prima carica

q {\an8}(*Stile di visualizzazione q}(*Stile di visualizzazione q è la seconda carica

r {\an8} è la distanza tra di loro

Energia potenziale elastica

L'energia potenziale elastica viene percepita quando un materiale gommoso viene allontanato o spinto insieme. La quantità di energia potenziale che il materiale ha dipende dalla distanza tirata o spinta. Più lunga è la distanza spinta, maggiore è l'energia potenziale elastica che il materiale ha. Se un materiale viene tirato o spinto, l'energia potenziale può essere calcolata da:

U = 1 2 k x 2 {\frac {1}{2}{2}}}kx^{2}} $U = \frac{1}{2}kx^2$

dove

k {\displaystyle k} è la costante della forza della molla (quanto bene il materiale si allunga o si comprime)

x {\postazione x} è la distanza che il materiale si è spostato dalla sua posizione originale

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Energia cinetica

Domande e risposte

D: Che cos'è l'energia potenziale?

R: L'energia potenziale è l'energia accumulata o repressa di un oggetto. Spesso viene contrapposta all'energia cinetica ed è l'energia che un oggetto possiede a causa della sua posizione in un campo di forza o che un sistema possiede a causa della disposizione delle sue parti.

D: Quali sono alcuni tipi comuni di energia potenziale?

R: I tipi comuni di energia potenziale includono l'energia potenziale gravitazionale, l'energia potenziale elastica e l'energia potenziale elettrica.

D: Qual è l'unità SI per misurare l'energia?

R: L'unità SI per misurare l'energia è il joule (simbolo J).

D: In che modo il lavoro viene immagazzinato come energia potenziale?

R: Il lavoro viene immagazzinato come potenziale quando viene eseguito da una forza esterna che agisce contro il campo di forze del potenziale. Questo lavoro viene poi immagazzinato nel campo di forza come energia potenziale.

D: Come si trasforma il potenziale in cinetico?

R: Quando una forza esterna che stava lavorando contro un campo di forze di una determinata posizione viene rimossa, questo fa sì che il corpo si sposti di nuovo nella sua posizione iniziale, riducendo l'allungamento di una molla o causando la caduta di un corpo. A questo punto, qualsiasi potenziale esistente si trasforma in cinetico e la quantità totale di energia rimane costante, grazie alla legge di conservazione dell'energia.

D: Come definiscono i fisici l'Energia potenziale?

R: I fisici dicono che l'Energia potenziale può essere definita come la differenza tra le energie di un oggetto in una determinata posizione e una posizione di riferimento.