Potentiaalienergiajärjestelmä

Potentiaalienergiajärjestelmä, suomeksi myös potentiaalienergiakenttä, kuvaa järjestelmää, jossa energia liittyy sen osien sijaintiin tai konfiguraatioon. Yleisin esimerkki on gravitaatiopotentiaalienergia, jossa kappaleen korkeus maanpinnasta määrittää sen potentiaalisen energian määrän. Kun kappale vapautetaan, tämä potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi.

Toinen keskeinen potentiaalienergiajärjestelmän muoto on jousen potentiaalienergia. Kun jousta venytetään tai puristetaan sen tasapainotilasta, siihen varastoituu potentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun jousi palautuu alkuasentoonsa. Sähköstaattinen potentiaalienergia on kolmas merkittävä esimerkki, jossa varattujen hiukkasten sijainti sähköisessä kentässä määrää niiden välisen potentiaalienergian.

Potentiaalienergiajärjestelmän analysointi perustuu usein potentiaalifunktion käyttöön, joka kuvaa potentiaalienergian riippuvuutta järjestelmän koordinaateista. Potentiaalifunktion gradientti antaa voiman, joka vaikuttaa järjestelmän osiin. Energian säilymislaki on keskeinen periaate potentiaalienergiajärjestelmissä: kokonaisenergia, joka on potentiaalienergian ja kineettisen energian summa, pysyy vakiona, jos järjestelmään ei vaikuta ulkoisia voimia.

Potentiaalienergiajärjestelmien ymmärtäminen on välttämätöntä monilla fysiikan ja insinööritieteiden aloilla, kuten mekaniikassa, sähkömagnetismissa ja kvanttimekaniikassa. Ne auttavat ennustamaan järjestelmän käyttäytymistä ja energian muutoksia.