Nel campo energetico si possono trovare diverse forme di energia, ad esempio quando un corpo è in movimento si parla di energia cinetica, mentre quando un corpo è immobile ad una certa altezza rispetto un piano di riferimento allora si ha a che fare con l’energia potenziale gravitazionale, e riguarda l’energia che quel corpo è in grado di accumulare e viene convertita per compiere un determinato lavoro, come cadere verso il basso in base a delle forze come quella gravitazionale.
Cerchiamo di capire meglio che cos’è l’energia potenziale gravitazionale insieme ad un esperto di energia come Energit.
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Che cos’è l’energia potenziale gravitazionale?
L’energia potenziale gravitazionale è l’energia che viene immagazzinata da un corpo per poter svolgere lavoro e dipende da dove esso si trova, in particolare a quale altezza. Esistono altri tipi di energia potenziale, ad esempio quella della benzina che attraverso delle reazioni chimiche si trasforma in calore, ma nel caso dell’energia potenziale gravitazionale l’energia di un corpo si trasforma in lavoro grazie all’azione di altre forze come quella gravitazionale.
Nel momento in cui un corpo di massa m si trova ad un’altezza h da un piano di riferimento come il pavimento, è dotato di energia potenziale gravitazionale e quando il corpo cade verso il pavimento la quantità di energia potenziale immagazzinata viene trasformata in energia cinetica.
Questo passaggio da energia potenziale gravitazionale a energia cinetica si può comprendere meglio osservando il movimento di un pendolo: quando il pendolo si trova nel suo punto più alto è il momento in cui accumula energia potenziale, quando il pendolo scende tale energia è trasformata in energia cinetica che ottiene il massimo della sua forza nel momento in cui il pendolo si trova nel punto più basso che coincide anche con l’esaurimento dell’energia potenziale; una volta che il pendolo riprende il movimento verso l’alto avviene il processo inverso, poiché l’energia cinetica viene riconvertita in energia potenziale.
Come si calcola l’energia potenziale gravitazionale
Con la sigla Ep si indica il valore di un’energia potenziale gravitazionale che un corpo di massa m possiede quando si trova ad un’altezza h da un piano di riferimento; perciò, l’energia potenziale gravitazionale è il risultato della formula “Ep=mgh”, dove Ep secondo il Sistema Internazionale si misura in joule attraverso il simbolo J, mentre g indica l’accelerazione di gravità che facendo riferimento, ad esempio, alla superficie terrestre ha un valore di 9,8 m/s2, m è la massa del corpo in questione espressa in chilogrammi, infine h è l’altezza espressa in metri, o più precisamente è la distanza che il corpo deve attraversare per raggiungere il piano di riferimento. Quindi, secondo la formula a parità di massa Ep è tanto maggiore quanto maggiore è h.
Abbiamo detto che l’energia potenziale gravitazionale si misura in joule per cui si può tradurre nella formula seguente “Ep=J”; bisogna sapere anche che 1 newton per metro corrisponde al Joule per cui possiamo dire che Ep=N×m. Ma cosa indica 1 newton? Un Newton è la forza necessaria per dare a un corpo un chilo di accelerazione equivalente a un metro al secondo al quadrato, che equivale alla formula Ep=kg×m/s2×m.
Campo gravitazionale
Sollevare un corpo significa agire contro la forza di gravità che di norma spinge verso il basso e questo lavoro permetterebbe al corpo di accumulare energia potenziale gravitazionale che al momento del suo rilascio verrebbe trasformata in energia cinetica e quindi in movimento verso il basso.
I valori dell’energia potenziale gravitazionale sono legati alla massa e al peso del corpo spostato, all’altezza in cui viene posizionato e alla forza del campo gravitazionale; ciò significa che un oggetto pesante sarà in grado di accumulare più energia potenziale rispetto ad un oggetto leggero. Allo stesso tempo, se due oggetti di eguale peso venissero messi a distanze diverse dalla superficie si avrebbe un valore dell’energia potenziale differente; quindi, un corpo che cade da 15 km di altezza dalla superficie della Terra avrà più energia rispetto a un corpo con lo stesso peso che cade però da un’altezza di pochi centimetri.
La situazione cambia ad esempio se lo stesso oggetto venisse lasciato cadere sulla superficie della Terra, oppure alla stessa distanza ma sulla Luna; questo dipende dal fatto che la Luna ha un campo di gravità differente rispetto a quello del nostro pianeta per cui l’oggetto avrebbe meno energia.
Differenza tra energia potenziale ed energia cinetica
All’inizio abbiamo detto che l’energia potenziale gravitazionale è l’energia che può accumulare un corpo in base all’altezza in cui si trova da un piano di riferimento, alla sua massa e al peso per poi trasformarla in energia cinetica quando cade verso il basso. Per energia cinetica possiamo intendere quindi l’energia che un corpo ha mentre si muove; anche questa energia si misura in joule, ma il suo valore dipende dalla massa m e al quadrato della velocità v con cui il corpo si muove.
Facciamo un semplice esempio: quando un frutto è attaccato all’albero e quindi è fermo ad una certa altezza dal suolo ha solo energia potenziale gravitazionale, ma nel momento in cui il frutto si stacca e cade verso il basso entra in gioco l’energia cinetica a discapito di quella potenziale.
