Kāda ir potenciālās enerģijas formula?

Atkarībā no enerģijas uzglabāšanas veida ir dažādi potenciālās enerģijas veidi. Pārtika un degviela satur ķīmisko potenciālo enerģiju, savukārt izstieptām elastīgajām joslām ir elastīga potenciālā enerģija. Izmantotās potenciālās enerģijas formula ir atkarīga no uzkrātās enerģijas veida. Šajā rakstā apspriestā formula ir gravitācijas potenciālajai enerģijai. Gravitācijas potenciālā enerģija ir objekta potenciālā enerģija, ko rada objekta augstums virs kāda atskaites punkta, kas parasti ir Zemes virsma.

Lai aprēķinātu objekta potenciālo enerģiju, potenciālās enerģijas (PE) formula ir PE = mgh, kur m apzīmē objekta masu kilogramos (kg), g ir gravitācijas lauka stiprums un h ir objekta augstums. metros (m). Reti kad objekts tiek pacelts pietiekami augstu, lai mainītu gravitācijas lauku, tāpēc potenciālās enerģijas formulā gandrīz vienmēr tiek izmantots 9.8 m/s2 (metri sekundē kvadrātā). Dažos gadījumos PE vietā izmanto GPE, lai parādītu, ka tiek aprēķināta gravitācijas potenciālā enerģija.

Piemēram, 25 kg smagums tiek pacelts 5 m virs zemes. Salīdzinot ar laiku, kad tas atradās uz zemes, potenciālās enerģijas izmaiņas var aprēķināt, aizstājot skaitļus vienādojumā kā tādu: PE = mgh = 25 x 9.8 x 5 = 1225 džouli (J). Džouli ir vienības, ko izmanto enerģijas mērīšanai, un tās ir nosauktas zinātnieka Džeimsa Džoula vārdā. 1800. gadu vidū Džouls veica lielu skaitu eksperimentu, lai pierādītu, ka siltums un enerģija patiešām ir viens un tas pats.

No iepriekšējā piemēra tika noteikts, ka svaram ir 1225 J uzkrātās enerģijas jeb potenciālās enerģijas. Tas nozīmē, ka, ja svars tiktu atbrīvots, šī uzkrātā enerģija tiktu pārvērsta kinētiskā enerģijā, krītot pret zemi. Enerģija tiek saglabāta – tā netiek ne radīta, ne zaudēta. Rezultātā tieši pirms svara trieciena pret zemi tā kinētiskā enerģija būtu tāda pati kā potenciālā enerģija jeb 1225 J.