Lageenergie

Lageenergie, in der Physik oft gleichbedeutend mit Potentieller Energie, bezeichnet die Energie, die aus der Lage eines Körpers in einem Kraftfeld resultiert. Sie hängt von Position, nicht von der Bewegung ab und kann in verschiedenen Feldern auftreten, am gängigsten jedoch im Gravitationsfeld der Erde oder in elastischen Systemen.

Im Gravitationsfeld der Erde wird die Lageenergie nahe der Erdoberfläche oft durch U = m g h beschrieben, wobei m die Masse des Körpers, g die Beschleunigung durch die Erdanziehung (etwa 9,81 m/s²) und h die Höhe relativ zu einer festgelegten Referenzhöhe ist. Die Referenzhöhe, bei der U gleich null gesetzt wird, ist frei wählbar und bestimmt das Nullniveau der Lageenergie. Allgemein gilt: Die potenzielle Energie ist unabhängig von der Wegführung und hängt nur vom Anfangs- und Endzustand ab, weil das Gravitationsfeld konstant oder zumindest konservativ ist.

In einem beliebigen konservativen Kraftfeld erfüllt die Lageenergie U die Beziehung F = -∇U, wobei F die Kraft ist. Die Änderung der Lageenergie zwischen zwei Positionen entspricht der negativen Arbeit, die das Kraftfeld verrichtet, wenn man sich zwischen diesen Positionen bewegt.

In der Mechanik ergänzt die Lageenergie die kinetische Energie K zu der mechanischen Gesamtenergie E = K + U. In idealen Systemen bleibt E konstant. Beispiele sind ein gehobener Körper, der beim Herabsenken kinetische Energie gewinnt, oder ein Pendel, dessen maximale Lageenergie am Umkehrpunkt erreicht wird. Neben der gravitativen Energie kann Lageenergie auch durch Dehnung oder Stauchung in elastischen Systemen (elastische Potentielle Energie) entstehen; der Begriff wird je nach Kontext breit verwendet.