Potentsiaalne energia kõlab nii, nagu oleks see lihtsalt energia, mida pole veel realiseerunud, ja selliselt mõeldes võib see uskuda, et see pole reaalne. Seisa aga 30 meetri kõrgusel maapinnast riputatud seifi all ja su arvamus võib muutuda. Seifil on raskusjõu mõjul potentsiaalne energia ja kui keegi peaks seda hoidvat köit lõikama, siis see energia pöörduks kineetiliseks energiaks ja selleks ajaks, kui seif teieni jõuab, oleks sellel piisavalt "aktualiseeritud" energiat, et anda teile lõhenemine peavalu.
Parem potentsiaalse energia määratlus on salvestatud energia ja energia salvestamiseks on vaja "tööd". Füüsikal on konkreetne töö määratlus - tööd tehakse siis, kui jõud liigutab objekti kauguse kaugusel. Töö on seotud energiaga. Seda mõõdetakse džaulides SI-süsteemis., Mis on ka potentsiaalsed ja kineetilised energiaühikud. Töö muundamiseks potentsiaalseks energiaks peate tegutsema teatud tüüpi jõu vastu ja neid on mitu. Jõuks võib olla gravitatsioon, vedru või elektriväli. Jõu omadused määravad selle vastu potentsiaalse energia koguse, mida te salvestate.
Maa gravitatsioonivälja potentsiaalne energiavalem
Gravitatsioon toimib nii, et kaks keha tõmbavad üksteist ligi, kuid kõik maa peal on planeedi endaga võrreldes nii väike, et märkimisväärne on vaid maa gravitatsiooniväli. Kui tõstate keha (m) maapinnast, kogeb see keha jõudu, mis kipub selle kiirendama maapinna poole. Jõu suurus (F), Newtoni 2. seadusest, on antud F = mg, kus g on gravitatsioonist tingitud kiirendus, mis on konstant kogu maailmas.
Oletame, et tõstate kere kõrgusele h. Selle saavutamiseks tehtav töö on jõud × kaugus või mgh. See töö salvestatakse potentsiaalse energiana, seega on maa gravitatsioonivälja potentsiaalne võrrand lihtsalt:
Gravitatsiooniline potentsiaalne energia = mgh
Elastne potentsiaalne energia
Vedrud, kummipaelad ja muud elastsed materjalid võivad energiat salvestada, mida teete sisuliselt siis, kui tõmbate vibu tagasi enne noole laskmist. Vedru venitamisel või kokkusurumisel avaldab see vastupidist jõudu, mis toimib vedru taastamiseks tasakaaluasend Jõu suurus on proportsionaalne venitatud või surutud kaugusega see (x). Proportsionaalsuse konstant (k) on vedrule iseloomulik. Hooke'i seaduse kohaselt F = −kx. Miinusmärk tähistab vedru taastavat jõudu, mis toimib vastupidises suunas kui see, mis seda venitab või surub.
Elastses materjalis salvestatud potentsiaalse energia arvutamiseks peate mõistma, et jõud suureneb x suureneb. Lõputult väikese vahemaa jaoks on F siiski konstantne. Summeerides kõigi lõpmatult väikeste kauguste jõud 0 (tasakaal) ja lõpliku pikenduse või kokkusurumise vahel x, saate arvutada tehtud töö ja salvestatud energia. See summeerimisprotsess on matemaatiline tehnika, mida nimetatakse integratsiooniks. See loob elastse materjali potentsiaalse energia valemi:
Potentsiaalne energia = kx2/2
kus x on laiendus ja k on kevadkonstant.
Elektriline potentsiaal või pinge
Kaaluge positiivse laengu liigutamist q suurema positiivse laengu tekitatud elektriväljas Q. Elektriliste tõukejõudude tõttu on vaja tööd teha, et väiksem laeng suuremale lähemale viia. Coulombi seaduse järgi on jõud süüdistuste vahel igal hetkel kqQ/r2, kus r on nende vaheline kaugus. Sel juhul, k on Coulombi konstant, mitte vedrukonstant. Füüsikud tähistavad neid mõlemaid k. Potentsiaalse energia arvutamiseks arvestage liikumiseks vajalikku tööd q lõpmatult kaugel Q selle kaugusele r. See annab elektrilise potentsiaalse energia võrrandi:
Elektriline potentsiaalne energia = kqQ/r
Elektriline potentsiaal on veidi erinev. See on energiaühiku kohta salvestatud energia hulk ja seda nimetatakse pingeks, mõõdetuna voltides (džaulides / kulonites). Laengu tekitatud elektrilise potentsiaali või pinge võrrand Q eemal r on:
Elektriline potentsiaal = kQ/r