位置エネルギーの定義と式

クラウス・ヴェドフェルト/ゲッティイメージズ

ポテンシャルエネルギーは エネルギー オブジェクトが他のオブジェクトとの相対的な位置のために持っていること。いわゆる 潜在的な 他のものに変えられる可能性があるからです。 エネルギーの形態 、 そのような 運動エネルギー .ポテンシャル エネルギーは通常、大文字の U によって、または場合によっては PE によって方程式で定義されます。

位置エネルギーはまた、からのエネルギーなど、他の形態の蓄えられたエネルギーを指す場合もあります。 正味電荷 、化学結合、または内部応力。

位置エネルギーの例

テーブルの上に置かれたボールには、重力場内のボールの位置に由来するため、重力ポテンシャル エネルギーと呼ばれるポテンシャル エネルギーがあります。物体の質量が大きいほど、その重力位置エネルギーは大きくなります。

引っ張られた弓と圧縮されたバネも位置エネルギーを持っています。これは弾性ポテンシャル エネルギーであり、物体を伸ばしたり圧縮したりすることによって発生します。伸縮性のある素材の場合、ストレッチの量を増やすと、蓄えられるエネルギーの量が増えます。ばねは、伸ばしたり縮めたりするとエネルギーを持ちます。

化学結合は、電子が原子に近づいたり遠ざかったりすることに由来するポテンシャルエネルギーを持つこともあります。電気システムでは、位置エネルギーは次のように表されます。 電圧 .

ポテンシャルエネルギー方程式

持ち上げると 質量 メートル に 時間 メートル、その位置エネルギーは mgh 、 どこ g は重力による加速度です: PE = mgh.

ばねの場合、ポテンシャル エネルギーは次の式に基づいて計算されます。 フックの法則 、ここで、力は伸張または圧縮の長さ (x) とばね定数 (k) に比例します: F = kx。

したがって、弾性ポテンシャル エネルギーの式は PE = 0.5kx²