Énergie cinétique et potentielle

Énergie cinétique L'énergie est-elle possédée par un corps en raison de son mouvement. Énergie potentielle est l'énergie possédée par un corps en raison de son position ou État. Alors que l'énergie cinétique d'un objet est relative à l'état d'autres objets dans son environnement, l'énergie potentielle est complètement indépendante de son environnement. Par conséquent, l'accélération d'un objet n'est pas évidente dans le mouvement d'un objet, où d'autres objets dans le même environnement sont également en mouvement. Par exemple, une balle sifflant devant une personne qui se tient possède une énergie cinétique, mais la balle n'a pas d'énergie cinétique par rapport à un train se déplaçant à côté.

Tableau de comparaison

Interconversion de l'énergie cinétique et potentielle

La loi de conservation de l'énergie stipule que l'énergie ne peut être détruite mais ne peut être transformée qu'une forme en une autre. Prenez un exemple classique d'un simple pendule. Au fur et à mesure que le pendule balance, le corps en suspension se déplace plus haut et en raison de sa position potentielle augmente et atteint un maximum en haut. Alors que le pendule commence sa balançoire vers le bas, l'énergie potentielle stockée est convertie en énergie cinétique.

Lorsqu'un ressort est étiré d'un côté, il exerce une force de l'autre côté afin qu'il puisse revenir à son état d'origine. Cette force est appelée la force de restauration et agit pour amener des objets et des systèmes à leur position de niveau d'énergie faible. La force nécessaire pour étirer le ressort est stockée dans le métal comme énergie potentielle. Lorsque le ressort est libéré, l'énergie potentielle stockée est convertie en énergie cinétique par la force de restauration.

Lorsqu'une masse est levée, la force gravitationnelle de la Terre (et la force de restauration dans ce cas) agit pour le ramener. L'énergie nécessaire pour soulever la masse est stockée comme une énergie potentielle en raison de sa position. Alors que la masse est abandonnée, l'énergie potentielle stockée est convertie en énergie cinétique.

Étymologie

Le mot "cinétique" est dérivé du mot grec kinésis, ce qui signifie "mouvement.«Les termes« énergie cinétique »et« travail », tels que comprises et utilisés aujourd'hui, sont originaires du 19e siècle. En particulier, "l'énergie cinétique" aurait été inventée par William Thomson (Lord Kelvin) vers 1850.

Le terme «énergie potentielle» a été inventé par William Rankine, un physicien écossais et ingénieur qui a été soutenu à une variété de sciences, y compris la thermodynamique.

Types d'énergie cinétique et d'énergie potentielle

L'énergie cinétique peut être classée en deux types, selon le type d'objets:

• Énergie cinétique de translation
• Énergie cinétique de rotation

Les corps rigides non rotatifs ont un mouvement rectiligne. Ainsi, l'énergie cinétique translationnelle est l'énergie cinétique possédée par un objet se déplaçant en ligne droite. L'énergie cinétique d'un objet est liée à son élan (produit de la masse et de la vitesse, p = mv où m est la masse et v est la vitesse). L'énergie cinétique est liée à l'élan par la relation e = p ^ 2 / 2m et donc l'énergie cinétique de translation est calculée comme e = ½ mV ^ 2. Les corps rigides qui tournent le long de leur centre de masse possèdent une énergie cinétique de rotation. L'énergie cinétique de rotation d'un corps rotatif est calculée comme l'énergie cinétique totale de ses différentes parties en mouvement. Les corps au repos ont également une énergie cinétique. Les atomes et les molécules s'y trouvent en mouvement constant. L'énergie cinétique d'un tel corps est la mesure de sa température.

L'énergie potentielle est classée en fonction de la force de restauration applicable.

• Énergie potentielle gravitationnelle - énergie potentielle d'un objet associé à la force gravitationnelle. Par exemple, lorsqu'un livre est placé sur une table, l'énergie requise pour élever le livre du sol et de l'énergie possédé par le livre en raison de sa position élevée sur la table est une énergie potentielle gravitationnelle. Ici, la gravité est la force de restauration.
• Énergie potentielle élastique - L'énergie possédée par un corps élastique comme l'arc et la catapulte lorsqu'elle est étirée et déformée dans une direction est une énergie potentielle élastique. La force de restauration est l'élasticité qui agit dans la direction opposée.
• Énergie potentielle chimique - L'énergie liée à la disposition des atomes et des molécules dans une structure est une énergie potentielle chimique. L'énergie chimique possédée par une substance due au potentiel qu'elle doit subir un changement chimique en participant à une réaction chimique est l'énergie potentielle chimique de la substance. Lorsque le carburant est utilisé, par exemple, l'énergie chimique stockée dans le carburant est convertie pour produire de la chaleur.
• Énergie potentielle électrique - L'énergie possédée par un objet en raison de sa charge électrique est l'énergie potentielle électrique. Il existe deux types - l'énergie potentielle électrostatique et l'énergie potentielle électrodynamique ou l'énergie du potentiel magnétique.
• Énergie potentielle nucléaire - L'énergie potentielle possédée de particules (neutrons, protons) à l'intérieur d'un noyau atomique est l'énergie potentielle nucléaire. Par exemple, la fusion d'hydrogène au soleil convertit une énergie potentielle stockée en matière solaire en énergie lumineuse.

Applications

• Les montagnes russes dans un parc d'attractions commencent par la conversion de l'énergie cinétique en énergie potentielle gravitationnelle.
• L'énergie potentielle gravitationnelle maintient les planètes en orbite autour du soleil.
• Les projectiles sont lancés par un trebuchet utilisant l'énergie potentielle gravitationnelle.
• Dans les vaisseaux spatiaux, l'énergie chimique est utilisée pour le décollage après quoi l'énergie cinétique est augmentée pour atteindre la vitesse orbitale. L'énergie cinétique gagnée reste constante.
• L'énergie cinétique donnée pour repérer une balle dans un jeu de billards est transférée à d'autres balles par des collisions.