Forces, travail et énergie/Énergie potentielle

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L'énergie potentielle de pesanteur d'un solide au voisinage de la Terre est une grandeur associée à la position de ce solide par rapport à la Terre. En autres mots, l'énergie potentielle augmente lorsque l'altitude à laquelle se trouve le solide augmente (avec un axe z vers le haut).

Formule

Définition

Au voisinage de la Terre, l'énergie potentielle de pesanteur (en Joules J)d'un solide de masse m situé à une altitude z s'exprime ainsi :

$Epp=m.g.z$, avec m en kg, g, l'intensité du champ de pesanteur terrestre, en N/kg ou en m/s², et z en mètres.

Remarque

L'énergie potentielle de pesanteur est définie à une constante additive près : sa formule est en fait $Epp(z)=mgz+k$.

k est une référence pour l'énergie potentielle de pesanteur, c'est-à-dire une altitude à laquelle on considère que l'énergie potentielle de pesanteur est nulle. On choisit généralement k = 0, d'où la formule $Epp(z)=mgz$.

Unités

L'énergie potentielle de pesanteur a pour unité le joule (J).

La masse a pour unité le kilogramme (kg).

La constante de gravitation a pour unité le newton par kilogramme ou le mètre par seconde carrée (N.kg⁻¹ ou m.s^-²).

L'altitude a pour unité le mètre (m).

Variation de l'énergie potentielle de pesanteur

Lors du déplacement d'un solide de masse m d'un point A à un point B, on a :

$\Delta _{AB}Epp=Epp(B)-Epp(A)=mg(z_{B}-z_{A})=-W_{AB}({\vec {P}})$.

Remarque

Le travail du poids ${\vec {P}}$ est l'opposé du travail de la force ${\vec {F_{op}}}$ fournie par l'opérateur : $-W_{AB}({\vec {P}})=W_{AB}({\vec {F_{op}}})$.