potentsiaalenergiast

Potentiaalienergia on energia, joka liittyy järjestelmän asemaan tai konfiguraatioon potentiaalikentässä. Sen arvo riippuu valitusta viitepisteestä, ja nollan asettaminen on yleisesti vapaasti määritettavissa. Potentiaalienergian käsite on keskeinen, kun tarkastellaan järjestelmän muutoksia energian ja liikemäärän muuntumisen näkökulmasta.

Tyypillisiä esimerkkejä ovat gravitaatiopotentiaalienergia ja jousipotentiaalienergia. Gravitaatiopotentiaalienergia U = m g h kuvaa kappaleen asemaa maan pinnan suhteen, kun taas jousen potentiaalienergia U = 1/2 k x^2 kuvaa jousen venymään tai puristumiseen liittyvää energiaa. Yleisesti potentiaalienergia U(q) määritellään järjestelmän konfiguraation q funktiona, ja voimat ovat konservatiivisia, mikä tarkoittaa, että voima F_i = -∂U/∂q_i.

Potentiaalienergian ominaisuuksiin kuuluu, että energiamuutos ΔU liittyy voiman tekemään työhön: F · dr = -dU. Suljetussa järjestelmässä, jossa ei ole kitkaa tai muita ei-konservatiivisia voimia, kokonaisenergian E = T + U pysyy vakiona. Potentiaalienergia on siis hyödyllinen käsite energian siirtymien ja voimakenttien vaikutusten kuvaamiseen, mutta sen arvo itsessään on usein määriteltävissä vain suhteessa valittuun viiteeseen. Käytännön sovelluksissa sitä käytetään esimerkiksi kappaleiden liikkeen analysointiin, energian varastointiin sekä systeemien potentiaalikenttien kartoitukseen.