1.

Introduzione

Energia potenziale Energia posseduta da un sistema quando si trova in un campo di forze conservative. Ad esempio, una palla sollevata da terra possiede energia potenziale di tipo gravitazionale perché è sottoposta all'effetto del campo gravitazionale terrestre; il valore dell'energia potenziale dipende in questo caso dall'altezza della palla rispetto al suolo. Un corpo attaccato a una molla tesa possiede energia potenziale elastica, proporzionale allo spostamento della molla rispetto alla posizione di equilibrio, e una carica elettrica in presenza di un campo elettrico possiede energia potenziale elettrostatica, che dipende dall’intensità del campo nella posizione della carica.

2.

Forze conservative

È possibile definire una funzione energia potenziale solo se la forza in questione è conservativa, ovvero se il lavoro da essa compiuto per spostare un corpo lungo un percorso chiuso è nullo.

Per dotare un corpo di energia potenziale bisogna dunque compiere lavoro, ossia spostare il corpo nel campo della forza: infatti è lavoro lo sforzo necessario a sollevare la palla da terra, a tendere la molla, ad avvicinare due cariche dello stesso segno, ciascuna delle quali si dovrà muovere nel campo di forza prodotto dall’altra. L'energia potenziale acquistata dal corpo è esattamente uguale al lavoro speso per portare il corpo in una determinata configurazione, e viene totalmente restituita dal corpo se questo ritorna alla situazione iniziale. Per queste forze vale il principio di conservazione dell'energia: ovvero, durante il moto di un corpo sottoposto all'azione di una forza conservativa, la somma di energia potenziale e di energia cinetica del corpo resta costante.

L’esempio della palla che viene lanciata verso l'alto è chiarificatore: all'inizio del moto, la palla ha solo energia cinetica, dovuta alla velocità impressale col lancio; la palla si fermerà a una determinata altezza h dal suolo, dove la sua energia sarà solo potenziale, essendo nulla la velocità; riprendendo la caduta (caduta libera) verso il suolo, l'energia potenziale posseduta si trasformerà progressivamente in energia cinetica, finché, quando la palla toccherà il suolo, l'energia sarà nuovamente tutta cinetica.