位置エネルギーは、実現されていない単なるエネルギーのように聞こえます。そのように考えると、それが現実ではないと信じ込ませる可能性があります。 ただし、地上30フィートの安全な吊り下げ式の下に立つと、意見が変わる可能性があります。 金庫は重力によって位置エネルギーを持っており、誰かがそれを保持しているロープを切ると、そのエネルギーは回転します 運動エネルギーに変換され、金庫があなたに届くまでに、それはあなたに分裂を与えるのに十分な「実際の」エネルギーを持っているでしょう。 頭痛。
より良い位置エネルギーの定義は貯蔵エネルギーであり、エネルギーを貯蔵するには「作業」が必要です。 物理学には、仕事の特定の定義があります。仕事は、力がオブジェクトをある距離にわたって動かすときに行われます。 仕事はエネルギーに関係しています。 これは、SIシステムのジュールで測定されます。これは、ポテンシャルおよび運動エネルギーの単位でもあります。 仕事を位置エネルギーに変換するには、特定の種類の力に対抗して行動する必要があり、いくつかあります。 力は、重力、ばね、または電場である可能性があります。 力の特性は、それに対して仕事をすることによってあなたが蓄える位置エネルギーの量を決定します。
地球の重力場の位置エネルギー公式
重力のしくみは、2つの物体が互いに引き合うというものですが、地球上のすべてのものは惑星自体に比べて非常に小さいため、地球の重力場だけが重要です。 体を持ち上げると（m）地上では、その物体は地面に向かって加速する傾向がある力を経験します。 力の大きさ（F）、ニュートンの第2法則から、によって与えられます F = mg、 どこ g は重力による加速度であり、地球上のどこでも一定です。
体を高さまで持ち上げるとします h. これを達成するために行う作業量は、力×距離、または mgh. その仕事は位置エネルギーとして保存されるので、地球の重力場の位置エネルギー方程式は単純に次のようになります。
重力ポテンシャルエネルギー= mgh
弾性ポテンシャルエネルギー
バネ、輪ゴム、その他の弾力性のある素材はエネルギーを蓄えることができます。これは基本的に、矢を放つ直前に弓を引き戻すときに行うことです。 ばねを伸ばしたり圧縮したりすると、逆の力が作用してばねが元の位置に戻ります。 平衡位置力の大きさは、伸ばしたり縮めたりする距離に比例します それ （
バツ). 比例定数（k）はばねの特徴です。 フックの法則によれば、 F = −kx. マイナス記号は、ばねを伸ばしたり圧縮したりする方向とは反対の方向に作用するばねの復元力を示します。弾性材料に蓄えられた位置エネルギーを計算するには、力が次のように大きくなることを認識する必要があります。 バツ 増加します。 ただし、微小距離の場合、Fは一定です。 0（平衡）と最終的な伸長または圧縮の間のすべての微小距離の力を合計することによって バツ、あなたは行われた仕事と蓄えられたエネルギーを計算することができます。 この合計プロセスは、積分と呼ばれる数学的手法です。 弾性材料の位置エネルギー式を生成します。
位置エネルギー= kx2/2
どこ バツ 拡張機能であり、 k はばね定数です。
電位または電圧
正電荷を移動することを検討してください q より大きな正電荷によって生成された電界内 Q. 電気の反発力のため、小さい方の電荷を大きい方の電荷に近づけるには手間がかかります。 クーロンの法則によれば、任意の時点での電荷間の力は kqQ/r2、 どこ r それらの間の距離です。 この場合、 k はクーロン定数であり、ばね定数ではありません。 物理学者はそれらの両方をによって示します k. 移動に必要な仕事を考慮して位置エネルギーを計算します q 無限に遠くから Q その距離に r. これにより、ポテンシャルエネルギー方程式が得られます。
電気ポテンシャルエネルギー= kqQ/r
電位が少し異なります。 これは、単位電荷あたりに蓄積されるエネルギーの量であり、電圧と呼ばれ、ボルト（ジュール/クーロン）で測定されます。 電荷によって生成される電位または電圧の式 Q 距離で r は：
電位= kQ/r