Differenza tra energia cinetica ed energia potenziale

Qual è la differenza tra energia cinetica ed energia potenziale?

Per comprendere la differenza tra energia cinetica ed energia potenziale partiamo dal concetto di energia: l'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro.

È intuitivo associare l'energia a corpi in movimento, ma anche una sostanza come la benzina possiede energia: infatti se viene fatta bruciare in un motore, è in grado di fare muovere la macchina.

Energia cinetica

Fatta questa breve introduzione vediamo cos'è l'energia cinetica: supponiamo di osservare una mela che cade da un albero; la mela acquista una certa velocità e quindi una certa energia cinetica (E_c), che è l'energia posseduta da un corpo in movimento.

È abbastanza intuitivo infatti pensare che un corpo in movimento possa compiere lavoro e quindi che ad esso, in base alla definizione di energia, sia associata un certo valore di energia detta cinetica.

Il valore di E_c è direttamente proporzionale alla massa m del corpo e al quadrato della sua velocità v, secondo l'equazione:

E_c = ½ · m · v²

L'energia cinetica è una grandezza scalare che si misura in joule (J); è una grandezza non negativa in quanto tutti i termini in essa presenti sono non negativi.

Energia potenziale

Ritorniamo a considerare la mela ma in questo caso la consideriamo ancora attaccata al ramo dell'albero.

In seguito alla posizione assunta dalla mela rispetto al suolo, è intuitivo che la mela abbia immagazzinata una certa energia disponibile per compiere un lavoro: tale energia è detta energia potenziale (o meglio energia potenziale gravitazionale).

Pertanto la mela di massa m che si trova ad una altezza h dal suolo possiede un'energia potenziale pari a:

E_p = m · g · h

in cui g è l'accelerazione di gravità che vale 9,81 m/s².

Come si evince dalla formula precedente, l'energia potenziale è direttamente proporzionale alla massa m del corpo e all'altezza h rispetto al piano di riferimento (nei casi più semplici il suolo terrestre).

A differenza dell'energia cinetica, l'energia potenziale può assumere valori negativi (infatti h può essere negtivo).

Conservazione dell'energia

È anche intuitivo pensare che l'energia potenziale della mela si traformi in energia cinetica nel momento che la mela si stacca dall'albero.

Quindi sino a quando la mela è appesa all'albero ha solo energia potenziale (l'energia cinetica è nulla in quanto la mela è ferma).

Ma mano che la mela acquista velocità, la sua energia cinetica aumenta a scapito della sua energia potenziale che quindi diminuisce.

Poco prima di toccare il suolo l'energia cinetica è massima e l'energia potenziale è nulla (infatti h = 0).

Pertanto l'energia potenziale viene restituita sotto forma di energia cinetica quando la mela scende a livello del suolo.

Vediamo ora riassunte negli schemi seguenti quali sono le differenze e le analogie tra l'energia cinetica e l'energia potenziale.

Differenze tra l'energia cinetica e l'energia potenziale

1) l'energia cinetica è l'energia associata ad un corpo in movimento mentre l'neergia potenziale è l'energia associata alla posizione del corpo rispetto ad un piano di riferimento.

2) L'energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa m del corpo e al quadrato della sua velocità (E_c = ½ · m · v²); l'energia potenziale è direttamente proporzionale alla massa m del corpo e alla distanza h rispetto al piano di riferimento (E_p = m · g · h).