Energia potenziale: dove puo essere applicata

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Con il termine di energia potenziale (detta anche energia posizionale) si intende quel particolare tipo di energia che un corpo possiede in relazione alla sua posizione e al suo orientamento nei confronti di un campo di forze conservative (ad esempio, la forza di gravità o la forza elastica). Infatti, qualsiasi oggetto “fermo” può essere spostato dalla sua collocazione originaria verso un’altra posizione attraverso l’azione di una forza applicata all’oggetto stesso, e al relativo compiersi di un lavoro. Questo significa che ogni corpo sottoposto ad una forza conservativa ha una sua energia potenziale, che viene calcolata in termini di variazione.

Ae esempio, nel caso di un oggetto con una massa definita (m) fermo ad una certa altezza (h1) che, sfruttando l’azione della forza di gravità, viene lasciato cadere fino a raggiungere una seconda posizione (h2), ecco che la forza di gravità compie un lavoro, liberando l’energia potenziale che l’oggetto possiede, e che in questo caso si tratta di energia potenziale gravitazionale.  La variazione di questa energia costituisce il lavoro esercitato dalla forza di gravità per spostare l’oggetto da una posizione all’altra:

L = mg (h1-h2) = mg h1 – mg h2

Il lavoro compiuto dalla forza di gravità, infatti, non dipende dalla distanza e dal percorso tra le due posizioni, ma dai due punti estremi di partenza e di arrivo: il lavoro effettuato per sollevare un oggetto verso l’alto avrà segno negativo, poiché viene eseguito in una direzione che contrasta la forza di gravità, aumentando, di conseguenza, l’energia potenziale dell’oggetto sollevato; al contrario, se l’oggetto cade verso il basso, il lavoro effettuato dalla forza gravitazionale è positivo, e l’energia potenziale diminuisce.

Energia-potenziale-uomo

Oltre all’energia potenziale gravitazionale, un’altra definizione tipica di questo meccanismo è data dall’energia potenziale elastica, dove entra in gioco la forza elastica, appunto, quale può essere, ad esempio, quella di una molla compressa e poi rilasciata, che torna alla sua posizione originaria compiendo un certo lavoro. In questo caso, il lavoro consiste nella compressione della molla stessa, che immagazzina l’energia per tornare, appena lasciata libera, nella sua posizione di partenza. Durante questa fase, l’energia potenziale liberata dalla molla compressa si trasforma in energia cinetica, con la capacità, da parte della molla, di muovere un oggetto appoggiato ad essa, compiendo a sua volta un lavoro. Un esempio pratico può essere quello della molla di ricarica di un orologio, o dei meccanismi che muovono le palline di un flipper.

La trasformazione dell’energia potenziale in energia cinetica è una conseguenza naturale del movimento di un corpo. Durante la caduta di un oggetto, ad esempio, l’energia potenziale diminuisce a favore dell’energia cinetica, che aumenta costantemente. Qualsiasi oggetto o corpo lasciato scivolare lungo un piano inclinato perde quota e, nel corso della discesa, diminuisce la propria energia potenziale, acquistando velocità e, di conseguenza, incrementando la propria energia cinetica. Al termine della corsa, l’oggetto avrà perso l’energia potenziale, e acquisita l’energia cinetica. In questa situazione, viene inoltre coinvolta anche l’azione dell’attrito dell’aria e della superficie del piano inclinato, che sottraggono energia meccanica all’oggetto, generando però calore, e producendo quindi energia termica.