Qu’est-ce que l’énergie potentielle de pesanteur
Un objet placé en hauteur emmagasine de l’énergie, parce que la pesanteur peut le faire tomber. C’est l’énergie potentielle de pesanteur. Hissez un carton sur une étagère et le travail fourni y est stocké ; laissez-le tomber et cette énergie se transforme en mouvement. Le calculateur donne l’énergie stockée par une masse à une hauteur donnée, sur Terre, la Lune, Mars ou Jupiter.
La formule
Ep = m × g × h
- m est la masse en kilogrammes,
- g est l’intensité de la pesanteur, 9,80665 m/s² sur Terre,
- h est la hauteur par rapport au niveau de référence, en mètres.
Le résultat est en joules (J). Le calculateur le convertit aussi en wattheures et en kilocalories, et donne la vitesse atteinte en cas de chute, v = √(2gh), sans tenir compte des frottements de l’air.
Exemple chiffré
Une personne de 70 kg monte sur une plateforme située à 10 m de hauteur.
- Ep = 70 × 9,81 × 10 = 6 865 J.
- Soit 1,91 Wh, ou 1,64 kcal : monter des escaliers stocke étonnamment peu d’énergie, même si le corps en dépense quatre à cinq fois plus, car le rendement des muscles est faible.
- Une chute de cette hauteur se terminerait à environ 14 m/s, soit 50 km/h.
Ordres de grandeur
| Exemple | Énergie potentielle |
|---|---|
| Livre de 1 kg soulevé de 1 m | 9,8 J |
| Personne de 70 kg, un étage (3 m) | 2 059 J |
| 1 tonne d’eau montée de 100 m | 0,27 kWh |
| Voiture de 1 500 kg en haut d’une colline de 50 m | 0,2 kWh |
La troisième ligne explique le fonctionnement des stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) : stocker beaucoup d’électricité demande de monter d’énormes volumes d’eau sur de grandes hauteurs.
Énergie potentielle et énergie cinétique
Lors d’une chute sans frottements, l’énergie potentielle se transforme entièrement en énergie cinétique : m g h = ½ m v². La masse se simplifie, ce qui explique qu’un objet lourd et un objet léger lâchés de la même hauteur arrivent à la même vitesse. Dans la réalité, la résistance de l’air freine bien plus les objets légers et volumineux que les objets denses.
Le choix du niveau de référence
L’énergie potentielle se mesure toujours par rapport à une hauteur de référence choisie, en général le sol. Seules les différences comptent : un objet sur un toit à 10 m a la même énergie potentielle par rapport à la rue, que la rue soit au bord de la mer ou en montagne.
Les autres formes d’énergie potentielle
Ce calculateur traite la pesanteur près de la surface d’une planète. Les ressorts et les élastiques stockent une énergie potentielle élastique, ½ k x², et les charges électriques une énergie potentielle électrique. Le principe reste le même : une énergie liée à la position, prête à être libérée.