אנרגיה פוטנציאלית

אנרגיה פוטנציאלית היא האנרגיה שמערכת מחזיקה ברזרבה מתוקף הקונפיגורציה שלה. ללבנה המורמת באוויר יש אנרגיה פוטנציאלית כבידתית; לקפיץ דחוס יש אנרגיה פוטנציאלית אלסטית; לגומייה מתוחה, לקבל טעון, לקשת דרוכה — כולם מאגרי אנרגיה פוטנציאלית. שחרר את האילוץ והאנרגיה האגורה מומרת לאנרגיה קינטית של החלקים הנעים.

מתמטית, פונקציית אנרגיה פוטנציאלית U(r) קיימת בכל פעם שהכוח על גוף ניתן לגזירה בצורה F = −∇U — כלומר, בכל פעם שהכוח הוא משמר. הכבידה ליד פני כדור הארץ (U = m·g·h), קפיצי הוק (U = ½·k·x²), משיכה אלקטרוסטטית (U = k·q₁·q₂/r), והגרוויטציה האוניברסלית (U = −G·m₁·m₂/r) מתוארים כולם על ידי פונקציות של אנרגיה פוטנציאלית. חיכוך וגרר אוויר אינם כאלה — הם דיסיפטיביים, והאנרגיה שהם לוקחים אינה ניתנת לשחזור על ידי היפוך התנועה.

האפס של האנרגיה הפוטנציאלית שרירותי; רק הפרשים חשובים פיזיקלית. מה שהמושג קונה לכם הוא שימור האנרגיה המכנית הכוללת ½·m·v² + U(r), קבוע רץ לאורך התנועה. בהיעדר דיסיפציה, היקום שומר חשבון מדויק של כמה אנרגיה קינטית וכמה פוטנציאלית, והסך לעולם אינו משתנה.