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位置エネルギーとは?

いちえねるぎー

位置エネルギーとは、物体がある高さや位置にあることによって蓄えられるエネルギーで、重力に逆らって持ち上げた分だけ大きくなります。

位置エネルギーポテンシャルエネルギー)とは、物体がその位置や状態に基づいて持つエネルギーです。物理学では特に重力による位置エネルギー弾性による位置エネルギーがよく扱われます。

重力による位置エネルギーは、基準となる高さ(ふつう地面や床)からの高さに比例して大きくなります。質量mの物体が高さhの位置にあるとき、重力加速度をgとすると位置エネルギーはmghで表されます。物体を高く持ち上げるほど位置エネルギーが増し、落下するとそれが運動エネルギーに変換されます。

弾性による位置エネルギーは、ばねを伸縮させたときに蓄えられるエネルギーで、変形量の2乗に比例します(フックの法則)。ばねを押し縮めるほどエネルギーが蓄えられ、手を離すと運動エネルギーとして放出されます。

位置エネルギーと運動エネルギーの和は力学的エネルギーと呼ばれ、摩擦や空気抵抗がない理想的な環境では一定に保たれます(力学的エネルギー保存の法則)。この概念は滑り台・ジェットコースター・ダム発電など多くの身近な現象の説明に使われます。

ダムでは水を高い位置に貯めることで重力による位置エネルギーを蓄え、放流して落下させることで水力発電機を回す運動エネルギーに変換する仕組みが採られています。

使い方・例文

高い場所から転がる石は、地面に近づくほど位置エネルギーが減り、その分だけ速さが増す(運動エネルギーが増加する)ため、地面に到達したときに最も速くなります。

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