Potentiaalienergia on energia, joka tallennetaan esineeseen. Oikeissa olosuhteissa tämä energia voidaan vapauttaa liike -energiana tai liikeenergiana. Monilla erityyppisillä esineillä on energiaa varastoituna potentiaalisena energiana, mukaan lukien polttoaine, ruoka ja jouset. Kohteen potentiaalienergia voidaan laskea käyttämällä potentiaalienergian kaavaa.
Potentiaalienergiaa on erilaisia sen mukaan, miten energia varastoidaan. Ruoka ja polttoaine sisältävät kemiallista potentiaalienergiaa, kun taas venytetyillä elastisilla nauhoilla on joustavaa potentiaalienergiaa. Käytettävän potentiaalienergian kaava riippuu tallennetun energian tyypistä. Tässä artikkelissa käsitelty kaava koskee gravitaatiopotentiaalienergiaa. Gravitaatiopotentiaalienergia on kohteen potentiaalienergia, joka johtuu kohteen korkeudesta jonkin vertailupisteen yläpuolella, joka on yleensä Maan pinta.
Kohteen potentiaalienergian laskemiseksi potentiaalienergian (PE) kaava on PE = mgh, missä m on kohteen massa kilogrammoina (kg), g on painovoimakentän voimakkuus ja h on kohteen korkeus metreinä (m). Harvoin kohde nostetaan riittävän korkealle painovoimakentän muuttamiseksi, joten 9.8 m/s2 (metriä sekunnissa neliössä) käytetään lähes aina potentiaalienergian kaavassa. Joissakin tapauksissa GPE: tä käytetään PE: n sijaan osoittamaan, että gravitaatiopotentiaalienergiaa lasketaan.
Esimerkiksi 25 kg: n paino nostetaan 5 m maanpinnan yläpuolelle. Verrattuna siihen, kun se lepää maassa, potentiaalienergian muutos voidaan laskea korvaamalla numerot yhtälöksi sellaisenaan: PE = mgh = 25 x 9.8 x 5 = 1225 joulea (J). Joules ovat yksiköitä, joita käytetään energian mittaamiseen ja jotka on nimetty James Joule -nimisen tiedemiehen mukaan. 1800 -luvun puolivälissä Joule teki suuren määrän kokeita osoittaakseen, että lämpö ja energia olivat todella sama asia.
Edellisestä esimerkistä määritettiin, että painossa on 1225 J varastoitua energiaa eli potentiaalienergiaa. Tämä tarkoittaa sitä, että jos paino vapautettaisiin, tämä varastoitu energia muuttuisi kineettiseksi energiaksi, kun se putosi maahan. Energiaa säästetään – sitä ei luoda eikä kadota. Tämän seurauksena juuri ennen painon osumista maahan sen liike -energia olisi sama kuin sen potentiaalienergia eli 1225 J.