Fiche de révision

Physique

Énergie potentielle

Une noix de coco en haut d’un cocotier a de l’énergie en réserve.

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Fiche de révision de Physique : « Énergie potentielle », proposée par ndolomath.comndolomath

Énergie potentielle

💡 Idée principale : l’énergie potentielle est une énergie de position. Un objet en hauteur possède une énergie potentielle de pesanteur ; un ressort comprimé, une énergie potentielle élastique.

Étapes résumées

Énergie potentielle de pesanteur : $E_{p} = m g z + cte$ .
Elle dépend du choix de la référence (z = 0).
Énergie potentielle élastique : $E_{p} = \frac{1}{2} k x^{2}$ .
Variation : $Δ E_{p} = - W (\vec{P})$ .

Énergie potentielle de pesanteur

E_{p p} = m g z

mmasse en kggen N/kgzaltitude par rapport à la référence, en m

On choisit librement l’origine des altitudes ; seule la variation de $E_{p}$ a un sens physique.

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Exemple guidé

Énoncé

Une noix de coco de 1,2 kg est à 15 m du sol. Calcule son énergie potentielle (référence au sol,

g = 10 N/kg

).

Solution

E_{p} = 1, 2 \times 10 \times 15 = 180 J

.

1. Comprendre : une énergie de position

Pour monter une noix de coco en haut d’un cocotier, il faut fournir du travail contre son poids. Ce travail n’est pas perdu : il est stocké sous forme d’énergie potentielle. Quand la noix tombe, cette réserve se transforme en énergie cinétique. La valeur de $E_{p}$ dépend du niveau choisi comme référence : seules ses variations ont un sens physique.

Énergie potentielle élastique

2. Le ressort, réservoir d’énergie

Allongé ou comprimé de

x

, le ressort stocke de l’énergie.

E_{p e} = \frac{1}{2} k x^{2}

.

k est la raideur en N/m.

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3

Lien avec le travail

Quand un objet monte, son poids fournit un travail négatif et son énergie potentielle augmente : $Δ E_{p} = - W (\vec{P})$ .

Application : choisir la référence

Exercice type

Énoncé

Une mangue de 300 g pend à 6 m du sol, au-dessus d’un balcon situé à 2 m. Calcule son énergie potentielle avec deux références (g = 10 N/kg).

Solution

Référence au sol :

E_{p} = 0, 3 \times 10 \times 6 = 18 J

.
Référence au balcon :

E_{p} = 0, 3 \times 10 \times 4 = 12 J

.
Si elle tombe jusqu’au balcon, la variation vaut

- 12 J

dans les deux cas.

4. Énergie élastique d’un ressort

E_{p e} = \frac{1}{2} k x^{2}

kraideur (N/m)xallongement (m)

Un ressort de 200 N/m comprimé de 5 cm stocke $\frac{1}{2} \times 200 \times 0, 05^{2} = 0, 25 J$ .

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À toi de jouer

1. m = 2 kg à z = 3 m, g = 10 N/kg. Ep ?

2. k = 100 N/m, x = 0,1 m. Ep élastique ?

3. De quoi dépend la valeur de Ep de pesanteur ?

Réponses : 60 J · 0,5 J · du choix de la référence. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.

Erreurs fréquentes

L’allongement $x$ doit être en mètres.
Ep peut être négative si l’objet est sous la référence.
Ne confonds pas altitude et distance parcourue.

Méthode

Choisis et indique la référence, puis calcule

E_{p}

en gardant le signe de

z

.

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Énergie potentielle

Énergie potentielle

Énergie potentielle de pesanteur

Énoncé

Solution

1. Comprendre : une énergie de position

Énergie potentielle élastique

2. Le ressort, réservoir d’énergie

Lien avec le travail

Application : choisir la référence

Énoncé

Solution

4. Énergie élastique d’un ressort

À toi de jouer

Erreurs fréquentes

Méthode

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