Esistono tanti tipi di energia. In questo articolo spieghiamo che cos’è l’energia potenziale.
Energia potenziale: definizione
L’energia potenziale (il cui simbolo è U) è detta anche energia posizionale perché è una forma di energia posseduta da un oggetto in relazione alla sua posizione o orientamento rispetto ad un campo di forze a lui riferite. Può essere definita anche come la capacità di un oggetto o sistema di trasformare la propria energia in un’altra.
Il termine “energia potenziale” fu coniato dall’ingegnere e fisico scozzese Rankine nel 1853.
Grazie all’azione di una forza un corpo fermo può essere spostato dalla sua posizione originaria. La forza compie quindi un lavoro e il corpo possiede una certa energia potenziale. Se il corpo è fermo la sua energia cinetica è nulla, se invece viene ad esempio fatto cadere, la sua energia potenziale diminuisce e la sua energia cinetica aumenta.
Esempio
Facciamo un esempio pratico per spiegare che cos’è l’energia potenziale. Uno sciatore si trova in cima alla pista. Quando inizia la discesa perde quota e di conseguenza diminuisce la sua energia potenziale, ma man mano che prende velocità aumenta la sua energia cinetica. Dunque, l’energia potenziale dello sciatore si tramuta in energia cinetica. Anche se gli attriti prodotti dalla neve e dalla resistenza dell’aria sullo sciatore rubano energia, il principio di conservazione resta valido perché l’energia meccanica persa viene convertita in calore divenendo energia termica.
L’energia potenziale, come tutte le energie meccaniche, si misura in joule (j) ed è un tipo di energia associata alle forze conservative. Ogni corpo soggetto ad una forza conservativa ha una propria energia potenziale che viene definita “in modo che la variazione di energia potenziale di un corpo coincida con il lavoro cambiato di segno”.
Le varianti dell’energia potenziale
Ecco 3 tipologie di energia potenziale partendo da degli esempi:
- Il pendolo di un orologio, nella parte superiore della sua oscillazione, ha un’energia potenziale gravitazionale che mentre cade viene trasformata in energia cinetica.
- L’energia potenziale elastica è presente in un oggetto che può essere allungato e rimbalzato, come un elastico o una molla. L‘energia potenziale viene immagazzinata quando un elastico viene allungato e convertito in energia cinetica quando l’elastico viene rilasciato. Per capire meglio questo concetto pensate al funzionamento di una fionda.
- L’energia potenziale elettrica in un campo elettrico è l’energia necessaria per spostare una carica elettrica. Si sviluppa in campi elettrici variabili nel tempo ed è misurata in volt.
L’energia potenziale gravitazionale è l’energia immagazzinata in un oggetto a causa della sua altezza. È un’energia dovuta alla forza gravitazionale della Terra.
Pensiamo ad un corpo di massa m (misurata in kg) posto ad una certa altezza h dal suolo che viene lasciato cadere: la forza di gravità compie un lavoro, il corpo ha in sé una forma di energia immagazzinata, detta energia potenziale gravitazionale, la cui variazione rappresenta il lavoro compiuto dalla forza gravitazionale per spostarlo da una posizione iniziale ad una finale.
Questa energia può essere calcolata moltiplicando la massa del corpo per l’accelerazione della gravità e per l’altezza alla quale si trova. Il peso e l’altezza sono direttamente proporzionali all’energia che possono generare.
Approfondisci come calcolare l’energia potenziale.
Anche la forza elastica è una forza conservativa ed è associata alla forza elastica. L’energia potenziale elastica di una molla può essere usata per muovere altri corpi, come ad esempio succede negli orologi a ricarica.
