Potencijalna energija

Potencijalnu energiju ima telo koje se nalazi na visini u gravitacionom polju Zemlje.

Skrivena mehanička energija

Gravitaciona potencijalna energija tela je energija kojom je posmatrano telo vezano za Zemlju. Referentni nivo, gde je potencijalna energija jednaka nuli je u beskonačnosti, gde je i gravitaciono delovanje Zemlje jednako nuli. Gravitaciona potencijalna energija je jednaka radu učinjenom da se telo iz posmatrane tačke odvede u beskonačnost. Stoga je potencijalna energija svakog tela u gravitacionom polju Zemlje negativna – energija kojom je telo vezano za Zemlju, a za samo telo kažemo da se nalazi u potencijalnoj jami. Dubina potencijalne jame jednaka je potencijalnoj energiji tela.

Ovakav pristup, iako teorijski potpuno ispravan, nije zgodan za proračune kada su u pitanju tela blizu površine Zemlje, što je najčešći slučaj. Ako se telo mase m nalazi na visini h u gravitacionom polju, poseduje skrivenu sposobnost da izvrši rad (ako padne), odnosno poseduje potencijalnu energiju. Da bi podigli telo na neku visinu h moramo primeniti silu jednaku gravitacionoj sili, kojom Zemlja provlači to telo: mg. U tom slučaju vršimo mehanički rad na podizanju tela. Ako se u izrazu za mehanički rad zamene veličine F i s veličinama mg i h, dobiće se izraz za rad na podizanju tereta mase m u polju Zemljine teže g, na visinu h.

$$A=mg\cdot h $$

Sila mg i put h  imaju isti pravac i smer, te je izraz  napisan  u skalarnom obliku.

Ako za referentni nivo na kojem je potencijalna energija tela jednaka nuli, odaberemo površinu Zemlje, umesto beskonačnosti, potencijalna energija tela na visini h u gravitacionom polju Zemlje, biće jednaka radu izvršenom na podizanje tela sa površine Zemlje do visine h:

$$E_{p} =mgh $$

Kinetička i potencijalna energija su vidovi mehaničke energije.

Kinetička energija se može transformisati u potencijalnu energiju (i obrnuto) bez gubitaka, sve dok se ukupna mehanička energija ne menja Ek+Ep= const.

Primer za to je vertikalni hitac. Telo ispaljeno sa površine zemlje vertikalno u vis brzinom v u početnom trenutku ima samo kinetičku energiju. Kako se telo penje, njegova potencijalna energija raste sa visinom, dok se kinetička istovremeno smanjuje.

U najvišoj tački ( v=0 ) telo ima samo potencijalnu energiju, koja je brojno jednaka kinetičkoj energiji koju je telo imalo u početnom trenutku. U trenutku udara o zemlju ( h=0 ), potencijalna energija je jednaka nuli dok kinetička energija ima maksimalnu vrednost (kao i u početnom trenutku). Ovo je tačno samo ako nema gubitaka energije na otpor sredine i sl., odnosno ake se ukupna mehanička energija ne menja Ek+Ep= const.