ばね力や重力などの力に逆らって物体をある点から別の点に移動するなど、外力を使用して仕事を行うと、仕事は位置エネルギーとして収集され、体内に蓄えられます。外力が取り除かれると体は動き、運動エネルギーを得て、同じ量の位置エネルギーを失います。したがって、運動エネルギーと位置エネルギー全体が保存されます。保守勢力はこのカテゴリに含まれます。これらの力の例は、ばね力と重力です。
位置エネルギー
その位置の関数として、物体はエネルギーを蓄えることができます。たとえば、破壊マシンの重いボールが高い位置に維持されると、エネルギーが蓄積されます。位置エネルギーは、この保存された位置エネルギーに付けられた名前です。同様に、引いた弓は、その位置の結果としてエネルギーを蓄えることができます。弓が通常の位置にあるとき（つまり、弓が引かれていないとき）、弓に蓄えられるエネルギーはありません。一方、弓は通常の平衡状態から位置を変えるとエネルギーを蓄えることができます。位置エネルギーは、この保存された位置エネルギーに付けられた名前です。
重力ポテンシャルエネルギー
垂直位置または高さによって物体に保持されるエネルギーは、重力ポテンシャル エネルギーとして知られています。物体への地球の引力は、エネルギーを蓄えます。解体機械の巨大なボールの質量と持ち上げる高さによって、その重力位置エネルギーが決まります。物体の重力位置エネルギーは、その質量に比例します。重力位置エネルギーは、質量の大きい物体ほど高くなります。同様に、物体の重力位置エネルギーはその高さに関係しています。物体の重力位置エネルギーは、高度が上がるにつれて増加します。重力ポテンシャルエネルギーの式は次のように与えられます:
PEgrav=質量×重力×高さ
弾性位置エネルギーの例
位置エネルギーの 2 番目のタイプとして、弾性位置エネルギーについて説明します。伸張または圧縮の結果として弾性材料に保持されるエネルギーは、弾性ポテンシャル エネルギーとして知られています。輪ゴム、バンジーコード、トランポリン、バネ、弓に引き込まれた矢、およびその他の弾性ポテンシャルエネルギー貯蔵装置が存在します。このようなデバイスに保存される弾性ポテンシャル エネルギーの量は、その伸びに比例します。ストレッチが大きいほど、より多くのエネルギーが蓄えられます。
スプリングは、圧縮または伸張によってエラストマーの位置エネルギーを蓄えるタイプのデバイスです。スプリングを圧縮するには力が必要です。圧縮が強ければ強いほど、さらに圧縮するにはより多くの力が必要になります。
一部のスプリングに加えられる力の量は、伸縮の程度 (x) に正比例します。この比例定数は、ばね定数 k と呼ばれます。
Fspring=k×x
ポテンシャルエネルギー外部場
単一電荷の位置エネルギー:
ある点から別の点へ、 外部電場 E と関連する外部電位 V が異なる場合があります。点 P での V は、単位正電荷を無限遠から点 P に運ぶのに必要な仕事として定義されます。
qV は、電荷 q を無限遠から外部場の点 P に運ぶのに必要な仕事の量です。 q の位置エネルギーは、この仕事を保存するために使用されます。点 P の位置ベクトル r が何らかの原点に対して相対的である場合、
外部場の r における q のポテンシャル エネルギー =qV(r)
位置エネルギーを導き出す方法
その動きによって、アイテムは位置エネルギーを持っています。本体の質量が m で、地球から h メートルの高さまで吊り上げられているとします。それは仕事を成し遂げるでしょう。仕事は力と変位で測定されることを、私たちは皆理解しています。
この状況では、物体の距離は h であり、行われた仕事は次の式で与えられます:
W=F×h …. (1)
重力の影響で、体は高く動きます。オブジェクトは重力の影響を受けています。つまり、F=mg
式 1 は次のようになります:
w=mg ×h
私たちが知っているように、仕事はエネルギーの形として捉えられるので、
E=mgh
結論
位置または構成の結果として物体によって運ばれるエネルギーは、位置エネルギーとして知られています。蓄えられたエネルギーとしても知られており、あらゆるタスクの完了に役立ちます。重力位置エネルギーは、地面に対する位置の結果として物体が持つエネルギーです。弾性ばねの圧縮または伸張に関連するエネルギーは、弾性ポテンシャル エネルギーと呼ばれます。私たちが楽しむスリリングなジェット コースターも、同様に位置エネルギーのアイデアに基づいています。乗り物は、位置エネルギーが運動エネルギーに変換できる高さから急降下することが許可されています。スプリングは、圧縮または伸張によってエラストマーのポテンシャル エネルギーを蓄えるタイプのデバイスです。外力が取り除かれると、体は移動し、運動エネルギーを得て、同じ量の位置エネルギーを失います。
