Tour Eiffel et l'énergie potentielle Sciences & Environnement

L’énergie potentielle : Tour Eiffel et Airbus A380

De la même manière que pour notre article sur l’énergie cinétique, celui-ci est qu’un rappel permettant d’introduire proprement le principe de moindre action. Nous allons donc parler de l’énergie potentielle, des calculs qu’elle permet de faire et d’un petit peu de théorie des champs.

 

L’énergie potentielle

L’énergie potentielle (attention définition scientifique rigoureuse) correspond à l’énergie conservée dans un objet et qui pourrait être libérée et exploitée par des travaux utiles. Un livre posé à l’équilibre sur le coin d’une table a de l’énergie potentielle. Si on le pousse en bas, ce potentiel sera converti en énergie cinétique.

Cette définition introduit 2 principe. Le premier, plutôt intuitif, est qu’un objet en hauteur possède une sorte « d’énergie interne » qu’il relâche lors de sa chute. Le deuxième (qui donne lieu à des calculs et à tout un pan de la physique très intéressant) est le fait que l’énergie potentielle peut se convertir en énergie cinétique (un article sera entièrement dédié à cette conversion).

 

Ce premier principe est étroitement corrélé à la notion de champs et plus particulièrement de champs gravitationnels. La théorie qui se cache derrière fais même invertir la courbure de l’espace-temps mais nous n’irons pas jusque-là.  Nous détaillerons ces deux concepts dans un autre article mais pour faire simple : plus un objet est élevé (par une force quelconque) plus il va acquérir de l’énergie potentielle (même si la réalité est que plus un objet est haut, plus il remonte la courbure de l’espace-temps, et c’est cela qui lui donne de l’énergie). L’énergie sera relâchée lors de la chute de l’objet.

 

Cette énergie, de la même manière que l’énergie cinétique, peut être mise en équation afin de décrire mathématiquement le fonctionnement de la nature. Cette équation est encore plus simple que celle de l’énergie cinétique et la voici : 

formule de l'énergie potentielle Sciences & Environnement 

Nous avons donc l’énergie potentielle qui est égale à la multiplication de la masse, de l’accélération de la pesanteur (le g, dont l’unité est le mètre par seconde au carré) et de la hauteur (le z, dont l’unité est le mètre).

 

Le premier constat que nous pouvons faire est que cette énergie est totalement dépendante du champ de pesanteur dans lequel on se situe (contrairement à l’énergie cinétique dont la formule est applicable partout). En effet un champ de pesanteur différent fera varier g (qui sur terre vaut g = 9.81 m/s2).

Le deuxième est qu’on peut faire varier la masse ou la hauteur indifféremment afin de faire varier l’énergie potentielle. Doubler la masse ou doubler la hauteur revient au même.

 

Amusons-nous avec cette formule

Cette formule est un peu moins ludique que celle de l’énergie cinétique car elle ne fait pas intervenir la notion de vitesse ni celle de fonction non linéaire (la fonction carré). Cependant nous pouvons en apprendre que lorsque vous passez de 10 mètres de haut au sommet de la tour Eiffel, votre énergie potentiel est multiplié par 32,4.

En reprenant notre exemple de l’Airbus A380, si on pose que celui-ci vole à 10km d’altitude, il possède une énergie potentielle 253 000 fois supérieure à vous en haut de votre tour Eiffel. Et pour reparler une dernière fois de la théorie des champs, si votre Airbus volait à la même altitude, disons sur Mars plutôt que sur Terre, son énergie potentielle serait environ 3 fois plus faible.

Tout l’intérêt de cette formule se situe plutôt à son lien avec l’énergie mécanique. Lisez donc notre article à ce sujet (sortie prévue le 26 avril) pour en savoir plus !

 

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