E=mc2 et énergie potentielle
       

       
         
         

Alexandre BORGOLTZ

      Mon très cher Albert,

En réfléchissant un peu en l'air, je me pose une question -entre autres- qui touche au concept de
«masse-énergie»:
Je sais bien que E=mc2. Ma première question serait :
Qu'est-ce qu'une énergie
«potentielle»? Est-ce vraiment une énergie, puisqu'elle dépend du référentiel (en physique classique au moins)?

Puis je me suis posé la question:
Quand l'énergie n'est pas
«matérialisée» en particules, ... qu'est- elle? «» est elle?

Et j'en viens finalement à me demander ce qu'est vraiment la matière, puisqu'elle est à la fois énergie, masse, inertie...

Je suppose que mes questions te semblent bien naïves, mais ... Au secours! :)

Merci d'avance pour tes éclairages,

Alexandre BORGOLTZ

 

       
         

Albert Einstein

      Cher Alexandre,

Je me dois d'abord de vous mentionner qu'il y a deux énergies potentielles: l'énergie potentielle gravitationnelle, et l'énergie potentielle électrostatique. Prenons par exemple un chariot sur des montagnes russes, dans une foire. Le chariot étant placé en haut d'une descente, avec une toute petite vitesse, va s'engager dans la pente, et accélérer, en gagnant de plus en plus de vitesse. Donc d'énergie cinétique. Mais une question se pose: D'où le chariot a-t-il tiré son énergie? Cela revient à se demander ce qui l'a fait accélérer, et la réponse est simple: si le chariot a descendu la pente, c'est que son poids l'attirait vers le bas. Et c'est donc son poids qui a fourni au chariot son énergie cinétique. Un chariot placé en haut d'une pente peut donc utiliser son poids (et donc le fait qu'il ait une certaine altitude, qu'il a la possibilité de tomber), pour acquérir de l'énergie cinétique, pour se mettre en mouvement. On dit qu'en haut de la pente, le chariot avait une certaine énergie potentielle. Cette énergie potentielle ne dépend que de l'altitude. A la même altitude, deux chariots identiques ont la même capacité de gagner de la vitesse, donc la même énergie potentielle.

C'est une nouvelle forme d'énergie, liée à l'altitude: plus un objet est haut, plus en tombant, il peut acquérir d'énergie cinétique, donc plus il a d'énergie potentielle. Un objet qui ne «peut pas tomber plus bas» n'a pas d'énergie potentielle à dépenser. Quand par ailleurs, vous faites votre déménagement, pour monter un objet au troisième étage sans ascenseur, il vous faut fournir un certain effort. Au final, vous avez donné de l'énergie potentielle à vos meubles, puisque vous leur avez donné de l'altitude. Plus ils sont lourds, plus vous en bavez, donc un objet a d'autant plus d'énergie, à altitude constante, qu'il est lourd.

On peut généraliser un peu ce qu'est l'énergie potentielle. Prenons deux aimants. En bons aimants, ils s'attirent. Donc si on les écarte, et qu'on les lâche soudainement, ils vont foncer l'un vers l'autre. En gagnant bien sûr de l'énergie cinétique. Donc on a là aussi une autre forme d'énergie potentielle, mais cette fois, ce qui compte c'est l'écartement des deux aimants, et ce qui attire les deux aimants, ce n'est plus leur poids, mais la force magnétique. On dit que l'énergie potentielle qu'avait le chariot est une énergie potentielle gravitationnelle, pour bien la différencier, et dire que c'est le poids qui fournit l'énergie. On appellera énergie potentielle magnétique, celle qu'on les deux aimants lorsqu'ils sont écartés l'un de l'autre. De même, en électricité, une charge + et une charge - s'attirent. De la même façon, il existe donc une énergie potentielle qu'on appelle électrostatique.

L'énergie est présente soit sous forme de photons, qui sont les vecteurs de la force électromagnétique, soit sous forme de masse lorsqu'elle participe à la cohésion des différentes particules qui forment un noyau atomique.

Quant à la matière, difficile de répondre autrement que pas la question que vous vous posez vous-même. La matière est à la fois, masse et énergie. Cela peut être difficile à conceptualiser, mais il en est bien ainsi.

Albert Einstein
         
         

Alexandre BORGOLTZ

      Wow, Albert, tu es trop cool!

Merci beaucoup t'avoir pris le temps de me répondre. Là où tu es, tu dois pourtant avoir des tonnes d'autres choses à faire!

Avec tes explications, j'y vois plus clair! L'énergie potentielle est évidemment liée à un référentiel, mais ça ne me gêne plus -si je puis dire...!- puisqu'elle est le pendant de l'Énergie cinétique, qui est elle aussi reliée au même référentiel. Donc, dans ce cas là, c'est une histoire de «Conservation de l'énergie de travail», si je ne m'abuse... Le travail déjà effectué (cinétique) ou «à effectuer» (potentielle)... Sachant que suivant le référentiel dans lequel on travaille, la vitesse variant... enfin, c'est plus clair pour moi, au moins.

MERCI!

Alexandre
         
         

Albert Einstein

      Le plaisir est pour moi, Alexandre.

Albert Einstein