Gravitaatiopotentiaalinen energia hankitaan esineestä, kun se on siirretty painovoimakenttää vasten. Esimerkiksi maanpinnan yläpuolelle nostettu esine saa energiaa, joka vapautuu, jos kohteen annetaan pudota takaisin maahan. Jotta esine voidaan nostaa pystysuoraan ylöspäin, on tehtävä työtä painovoiman alaspäin vetämistä vastaan. Tämä työ tallennetaan sitten painovoiman potentiaalienergiaksi. Kun kohde vapautetaan ja putoaa kohti Maata, potentiaali muuttuu kineettiseksi energiaksi eli liikkeeksi.
Heiluri on hyvä esimerkki gravitaatiopotentiaalin ja liike -energian välisestä suhteesta. Heilurissa on korkeimmillaan vain potentiaalienergiaa. Laskeutuessaan tämä muunnetaan kineettiseksi energiaksi saavuttaen maksimin alimmassa kohdassaan, jossa sillä ei ole potentiaalienergiaa. Kun se kiihtyy jälleen, liike -elämä muuttuu potentiaaliseksi energiaksi.
Objektin potentiaalienergian määrä riippuu kohteen massasta tai painosta, sen korkeudesta pinnan yläpuolella ja painovoimakentän voimakkuudesta. Jos muut tekijät ovat samat, raskaalla esineellä on enemmän painovoimapotentiaalienergiaa kuin kevyemmällä esineellä. 1 km: n päässä taivaalla olevalla esineellä on enemmän energiaa kuin samalla esineellä 1.6 cm: n päässä pinnasta. Kuussa, jolla on heikompi painovoimakenttä kuin Maalla, esineellä on vähemmän potentiaalienergiaa kuin samalla esineellä samalla korkeudella maan yläpuolella.
Painovoiman potentiaalienergian laskeminen
Esineen potentiaalienergia voidaan laskea kohteen massana kerrottuna painovoimalla kerrottuna kohteen korkeudella tietyn pisteen yläpuolella. Tämä piste voi olla maan pinta tai se voi olla huoneen lattia. Itse asiassa potentiaali voidaan laskea mille tahansa kohteen alapuolella olevalle pisteelle.
Painovoima ilmaistaan yleensä kiihtyvyytenä, jonka kohde saa pudota vapaasti ilman ilmavastusta tai kitkaa. Vaikka painovoimakentän voimakkuus maan pinnalla vaihtelee paikasta toiseen, vaihtelut ovat niin pieniä, että ne ovat lähes olemattomia. Fysiikassa maapallon lähellä olevan painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä pidetään yleensä vakiona, jonka arvo on noin 32 jalkaa (9.8 metriä) sekunnissa sekunnissa (jalkaa/s2 tai m/s2). Yksinkertainen potentiaalienergiakaava maan pinnalta nostetulle esineelle voitaisiin siis esittää seuraavasti:
potentiaalienergia = kohteen massa kiloissa × 32 × kohteen korkeus jaloissa tai potentiaalinen energia = kohteen massa kilogrammoina × 9.8 × kohteen korkeus metreinä
Tämä kaava toimii hyvin maapallon lähellä oleville kohteille. Sitä voidaan helposti mukauttaa selviytymään samanlaisista skenaarioista muilla painovoimakentillä, esimerkiksi Kuulla tai Marsilla, muuttamalla painovoiman arvoa vastaavasti. Koska minkä tahansa painovoimakentän voimakkuus heikkenee etäisyydellä sen lähteestä, tämä kaava toimii kuitenkin vain kohteille, jotka ovat suhteellisen lähellä painovoiman lähteen pintaa ja joissa painovoiman väheneminen on liian vähäistä ollakseen tärkeä. Kohteille, jotka ovat suhteellisen kaukana pinnasta, on otettava huomioon painovoiman lähteen massa ja etäisyys sen keskipisteestä kohteeseen.
käytät
Luultavasti tärkein painovoiman potentiaalienergian käyttö on vesivoimalla. Täällä veden potentiaalienergiaa korkealla voimalaitoksen yläpuolella sijaitsevassa järvessä tai säiliössä käytetään sähkön tuottamiseen. Vesi saa laskeutua säiliöstä muuttaen potentiaalin kineettiseksi energiaksi, ja veden liike ajaa turbiinia, joka tuottaa sähkövirran. Pienen kysynnän aikana voimalaitoksella voi olla ylimääräistä sähköä, jota voidaan käyttää pumppaamaan vettä takaisin säiliöön ja keräämään enemmän potentiaalista energiaa.
Toinen sovellus on vastapainot, joita käytetään useissa mekaanisissa laitteissa. Esimerkiksi jotkin hissityypit käyttävät vastapainoa siten, että se laskeutuu hissikorin noustessa ja päinvastoin. Kun auto nousee, vastapainon potentiaalienergia muunnetaan kineettiseksi energiaksi sen laskiessa siten, että se auttaa vetämään autoa ylös ja vähentämään laitetta käyttävän moottorin tehtävää. Hissikorin laskeutuessa – painovoiman avustuksella – vastapaino vedetään takaisin ylös ja saadaan potentiaalista energiaa.