力学的エネルギー

ポテンシャルエネルギー

ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーを合わせて力学的エネルギーという。
ここではポテンシャルエネルギーを、次ページで運動エネルギーを解説する。

物体は、高い位置から低い位置へ移動することにより仕事をする。

例えば、質量mの物体を手のひらに載せる。
この物体が手に加える力はmgだ。
手をゆっくり距離hだけ下げれば、物体は手に対してmghの仕事をしたことになる。

この例の場合、手を下げる前の物体は、仕事はまだしていないが、これからmghの仕事をする可能性を持っていると言える。
このように、ある高さにある物体は、その位置にいるというだけで、潜在的にエネルギーを持つことになる。
このエネルギーをポテンシャルエネルギー(位置エネルギー)という。

ポテンシャル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。
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だからだ。

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点間にポテンシャルエネルギーは成立しないのである。

電場中の荷電粒子も電場から作用を受けるため、潜在的にエネルギーを持つことになる。
これを電位といい、電場中におけるポテンシャルエネルギーである。
クーロン力の及ばない場所では、電位は成立しないのである。

重力やクーロン力に限らず、保存力の作用する場所でポテンシャルエネルギーは成立する。
逆に非保存力による作用ではポテンシャルエネルギーはあり得ない。
摩擦抵抗によるポテンシャルエネルギーなど、定義できない。

ポテンシャルエネルギーは作用する保存力によって、式が異なる。

2005/08/11