L’énergie potentielle de pesanteur

Cours de physique – niveau classe de première S – partie « Lois et modèles – Formes et principe de conservation de l’énergie » 

1. Notation
2. Unités de l’énergie potentielle de pesanteur
3. Définition et formule de l’énergie potentielle de pesanteur
4. L’énergie potentielle de pesanteur est une grandeur relative
5. Énergie potentielle de pesanteur et énergie mécanique
6. Conversion de l’énergie potentielle de pesanteur en énergie cinétique

Notation

Une énergie potentielle de pesanteur de pesanteur est en général notée E_p
On trouve aussi parfois la notation E_pp étant donné qu’il existe d’autres types d’énergies potentielles
Si plusieurs systèmes sont étudiés alors leur nom ou symbole peut être précisé soit entre parenthèses soit en indice.

Exemple
L’énergie potentielle de pesanteur d’une bille peut être notée :

• E_p ( si elle est le seul système étudié)
• E_p(bille)
• E_pbille

Unités de l’énergie potentielle de pesanteur

Comme toutes les énergies son unité est, selon le système international, le joule de symbole J
Il est aussi possible ( suivant les situations et les ordres de grandeur) d’utiliser des unités dérivées ( kilojoule, millijoule…) voire d’autres unités (calorie, watt-heure.

Définition et formule de l’énergie potentielle de pesanteur

Il s’agit d’une énergie liée à la force de pesanteur, elle est donc définie avec les mêmes conditions que cette dernière : dans une zone limitée en étendue et en altitude de la surface terrestre (ou éventuellement d’un autre astre). Au delà du champ de pesanteur terrestre il faudra faire appel à l’énergie potentielle de gravitation.

Dans ces conditions l’énergie potentielle de pesanteur peut être exprimée par la relation suivante:

E_p = m.g.h

Où :

• m est la masse du système étudié en kilogramme (kg)
• g est l’intensité de pesanteur en newton par kilogramme (N/kg), elle vaut 9,81 au niveau de la surface terrestre.
• h est l’altitude en mètre (m), exprimée par rapport à un niveau de référence.
• E_p est l’énergie potentielle de pesanteur en joule (joule)

Exemple
Une pomme de 300 g est située dans la branche d’un pommier à 2,00 m du sol.
Si l’on choisit le sol comme référence alors:
E_p= 0,300.9,81.2,00
E_p= 5,89 J

L’énergie potentielle de pesanteur est une grandeur relative

L’altitude (z) dépend du niveau de référence choisi par conséquent l’énergie potentielle de pesanteur dépend aussi de ce niveau de référence : il s’agit d’une grandeur relative.
Cependant la variation d’altitude, et donc celle d’énergie potentielle de pesanteur (ΔE_p= m.g.Δz), ne dépend pas du niveau de référence.

Énergie potentielle de pesanteur et énergie mécanique

L’énergie potentielle de pesanteur est l’une des composantes de l’énergie mécanique puisque cette dernière est définie par la relation :

E_m = E_c + E_p

Conversion de l’énergie potentielle de pesanteur en énergie cinétique

Toute variation d’altitude d’un système est associée à une variation d’énergie potentielle de pesanteur:

• Lors d’une phase ascendante l’énergie cinétique se convertit en énergie potentielle de pesanteur
• Lors d’une phase descendante la conversion inverse se réalise

Remarque
Suivant l’existence ou non de forces de frottement (qui dissipent de l’énergie thermique) cette conversion peut être intégrale ou partielle

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Notions de seconde à réviser

• La notion d’énergie n’est pas inscrite au programme de seconde, mais il en est question au collège

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