エネルギー

位置エネルギー

高さhにある質量mの物体はmghの「仕事をする可能性」を持つ。
これを位置エネルギーという。

質量mの物体がグラグラと今にも落ちそうな状態であるか、また絶対に落ちないように安全に固定されているかは関係ない。
グラグラしてようが安全であろうが、その高さがｈであれば位置エネルギーはmghなのだ。
つまり、高い位置にあるというだけで、エネルギーを持っているというわけだ。

保存力は始点と終点の位置関係のみで仕事が決まる力であった。
重力は保存力なので、物体の移動による仕事は途中の経路に無関係ということになる。
だから、位置エネルギーの大きさは、「高い位置」と「低い位置」の２点間の「高さの差」だけで決まる。

高い位置や、低い位置は重力の作用によって生じる概念だ。
無重力空間の宇宙では、「高い」「低い」の区別はない。
重力の作用しない場所では、２点間に位置エネルギーは成立しないのである。

位置エネルギーなど、保存力の場の中にあって、位置だけで決まるエネルギーを総称してポテンシャルエネルギーという。
この場合の「位置」とは、重力場における「高さ」に限定されないことに注意しよう。

バネ弾性力は保存力である。
バネの伸縮にともないバネの端部の位置も変化する。
バネの端部の物体も、位置エネルギーを持つことになる。

位置エネルギーを特に、ポテンシャルエネルギーと呼ぶことがある。
保存力には様々な種類があり、すべて位置が定義できる。
これらをポテンシャルエネルギーと呼ぶ。上記のバネ弾性の位置エネルギーもポテンシャルエネルギーの一種である。

重力における位置エネルギーは、ポテンシャルエネルギーの代表例ではある。
しかし、重力における位置エネルギーがポテンシャルエネルギーと同義語ではない。

2005/08/27
2009/06/21