Énergie potentielle gravitationnelle vs énergie potentielle élastique
L'énergie potentielle gravitationnelle et l'énergie potentielle élastique sont deux quantités importantes discutées en mécanique. Cet article tentera de comparer et de contraster quelles sont leurs définitions, leurs similitudes et leurs différences.
Qu'est-ce que l'énergie potentielle gravitationnelle ?
Pour comprendre l'énergie potentielle gravitationnelle, des connaissances de base dans les champs gravitationnels sont nécessaires. La gravité est la force qui se produit en raison de n'importe quelle masse. La masse est la condition nécessaire et suffisante de la pesanteur. Il existe un champ gravitationnel défini autour de toute masse. Soit les masses m1 et m2 placées à une distance r l'une de l'autre. La force gravitationnelle entre ces deux masses est G.m1.m2/r2, où G est la constante gravitationnelle universelle. Comme les masses négatives ne sont pas présentes, la force gravitationnelle est toujours attractive. Il n'y a pas de forces gravitationnelles répulsives. Il faut noter que les forces gravitationnelles sont également mutuelles. Cela signifie que la force que m1 exerce sur m2 est égale et opposée à la force que m2 exerce sur m1. Le potentiel gravitationnel en un point est défini comme la quantité de travail effectué sur une masse unitaire en la ramenant de l'infini au point donné. Puisque le potentiel gravitationnel à l'infini est nul et que la quantité de travail à effectuer est négative, le potentiel gravitationnel est toujours négatif. L'énergie potentielle gravitationnelle d'un objet est définie comme le travail effectué sur l'objet lorsque l'objet est amené de l'infini audit point. Ceci est également égal au produit du potentiel gravitationnel et de la masse de l'objet. Puisque la masse de l'objet est toujours positive et que le potentiel gravitationnel de tout point est négatif, l'énergie potentielle gravitationnelle de tout objet est également négative.
Qu'est-ce que l'énergie potentielle élastique ?
L'élasticité est une propriété très utile de la matière. C'est la capacité des matériaux à reprendre leur forme d'origine une fois les forces externes supprimées. On observe que la force nécessaire pour maintenir une tige élastique tendue est proportionnelle à la longueur étirée de la tige. La constante de proportionnalité est connue sous le nom de constante de ressort et est notée k. Cela nous donne l'équation F=-kx. Le signe moins représente la direction inverse de x à la force. L'énergie potentielle élastique est la quantité de travail nécessaire pour étirer l'objet élastique d'une longueur donnée x. Puisque la force appliquée F(x)=kx, le travail effectué est égal à l'intégration de F(x) de zéro à x, par rapport à dx, c'est-à-dire kx2 /2. Par conséquent, l'énergie potentielle est kx2/2. Il faut noter que l'énergie potentielle de tout objet attaché à l'extrémité de la tige ne dépend pas de la masse de l'objet mais uniquement de la constante du ressort et de la longueur étirée.
Quelle est la différence entre l'énergie potentielle gravitationnelle et élastique ?
• L'énergie potentielle gravitationnelle est toujours négative alors que l'énergie potentielle élastique est toujours positive.
• L'énergie potentielle gravitationnelle dépend de la masse de l'objet, mais l'énergie potentielle élastique ne dépend pas de la masse.
