L’energia potenziale, in fisica, è quella posseduta da un oggetto in relazione alla sua posizione o orientamento rispetto ad un campo di forze a lui riferite. Si può definire anche come la capacità di un oggetto o sistema di trasformare la propria energia in un’altra, ad esempio in energia cinetica (che è l’energia posseduta da un corpo in movimento).
Vediamo come si calcola l’energia potenziale.
Energia potenziale: come calcolarla
Nel sistema internazionale l’energia potenziale è misurata in joule (j). Questa energia varia in base all’altezza, peso, forza o altre caratteristiche intrinseche. Per sapere come si calcola l’energia potenziale, dovrete prima di tutto conoscere le basi della fisica classica e armarvi di una calcolatrice, poi proseguite nella lettura per scoprire la formula matematica.
Ad esempio, se vogliamo calcolare il valore dell’energia potenziale gravitazionale, dobbiamo stabilire un piano di riferimento e determinare l’altezza (h) al quale il nostro corpo si trova rispetto al piano di riferimento. Mettiamo che in una regione di spazio siano presenti una qualche forza ed un oggetto che è sensibile alla forza stessa. L’energia potenziale posseduta dall’oggetto è definita come la differenza tra l’energia che esso possiede. Facciamo un esempio.
Per sollevare una palla da bowling e riporla nel suo scaffale, bisogna imprimere alla palla un’energia cinetica. Una volta sullo scaffale, però, l’energia cinetica della palla è pari a zero, come quando era a terra. L’energia creata non è comunque andata persa nello spazio in base al primo principio della termodinamica.
Come si calcola l’energia potenziale: formula matematica
La formula per il calcolo dell’energia potenziale gravitazionale è dettata dall’equazione: U=m*g*h, in cui:
- m sta per la massa del corpo che si sta prendendo in considerazione misurata in chilogrammi (kg);
- g è l’accelerazione di gravità pari a 9,81 m/s2;
- h è l’altezza a cui è posto l’oggetto misurata in metri.
Il valore dell’energia potenziale è direttamente proporzionale alla massa del corpo e all’altezza a cui il corpo stesso è posto.
È definita anche energia “conservativa” perché può essere immagazzinata in qualsiasi corpo senza che cambi di intensità, a parte quando viene rotto l’equilibrio. L’energia cinetica può trasformarsi in energia potenziale e successivamente la stessa energia potenziale può trasformarsi in energia cinetica.
L’energia potenziale elastica (Ue) è invece il lavoro compiuto da una molla deformata per ritornare alla posizione di riposo. La sua formula è: Ue = 1/2 kx al quadrato, dove k è la costante elastica e x è lo spostamento espresso in m, ovvero l’allungamento o la compressione della molla.
Esempio
Applichiamo la formula matematica con un esempio pratico. Calcoliamo l’energia potenziale posseduto da un sasso di 200 grammi che si trova a 2 metri di altezza dal suolo.
Convertiamo i grammi in kg, quindi 200 g = 0,2 kg. E poi applichiamo la formula con i dati che abbiamo a disposizione:
m*g*h = 0,2*9,81*2= 3,9 j
L’energia potenziale posseduta dal sasso è 3,9 j.
