Enerģija raksturo ķermeņa spēju veikt darbu. Uzvilkts loks, saspiesta atspere, no zemes pacelts akmens, saspiesta gāze pie noteiktiem apstākļiem var veikt darbu.
Potenciālā enerģija piemīt:
- virs zemes paceltiem ķermeņiem (piemēram, akmens krītot no paaugstinājuma, zemē izveido iedobi).
- elastīgi deformētiem ķermeņiem (piemēram, uzvilkts loks izšauj bultu);
- saspiestām gāzēm (attālums starp gāzes molekulām pamazinās, un tās cenšas atgrūsties).
Vārds potenciāls no grieķu valodas (potentia) nozīmē - iespēja.
Milzīga potenciālā enerģija piemīt ūdenskritumu ūdenim. Ūdens potenciālā enerģija ir vienāda ar Zemes pievilkšanas spēka darbu.
Potenciālā enerģija uzkrājas upju ūdeņos. Zemes pievilkšanas spēks veic darbu, liekot upei tecēt uz zemāku vietu - jūru. Cilvēks ir iemācījies upju potenciālo enerģiju izmantot lietderīgi. Senos laiko būvēja ūdensdzirnavas, no 20. gs - hidroelektrostacijas (HES).
Itaipu hidroelektrostacija uz Panamas upes ir lielākā šāda veida celtne pasaulē, kas arī darbojas. Pārgāznei (līst cauri ūdens) ir no \(14\) vārtiem sastāvošas slūžas, kurām sekundē cauri izlīst \(62200\) kubikmetri ūdens.
Virs atbalsta augstumā h pacelta ķermeņa potenciālo enerģiju aprēķina:
Potenciālo enerģiju mēra attiecībā pret kādu norunātu atskaites līmeni, visbiežāk - Zemes virsmu. Tādā gadījumā uz Zemes virsmas ķermeņa potenciālā enerģija ir nulle.
Svarīgi!
Ķermenim vienlaikus var piemist gan potenciālā, gan kinētiskā enerģija, tās var pāriet no vienas otrā.
Cilvēkam, kas šūpojas šūpolēs, visaugstākajā punktā piemīt maksimālā potenciālā enerģija, šajā punktā šūpoles uz mirkli ir miera stāvoklī - tātad kinētiskā enerģija ir \(0\). Pārejot no stāvokļa \(1\) uz \(2\) - potenciālā enerģija samazinās, bet kinētiskā pieaug. Cilvēkam atrodoties zemākajā punktā (\(2\)), kinētiskā enerģija ir vislielākā, jo tad ātrums ir vislielākais. Pārejot no stāvokļa \(2\) uz \(3\) potenciālā enerģija pieaug, bet kinētiskā samazinās.
Noslēgtā ķermeņa kinētiskās un potenciālās enerģijas summa jebkurā momentā ir nemainīga.
Potenciālās un kinētiskās enerģijas summu sauc par ķermeņa pilno mehānisko enerģiju.
Piesietam atsvaram augstumā \(h\) ir maksimālā potenciālā enerģija, bet kinētiskā (kustības) enerģija tad ir \(0\). Kad auklu pārgriež, atsvars sāk brīvi krist, augstums samazinās, bet ātrums palielinās (ar paātrinājumu \(g\)) - tātad potenciālā enerģija samazinās, bet kinētiskā enerģija pieaug. Katrā laika momentā, līdz atsišanās brīdim, atsvara potenciālās un kinētiskās enerģijas summa ir vienāda. Atsišanās brīdī atsvara enerģija nepazūd, tā pāriet uz citu ķermeni - uz mietu. Kāda daļa no enerģijas pārvēršas atsvara iekšējā - siltumenerģijā (jo atsvars no trieciena var sakarst).
Jebkuram ķermenim piemīt iekšējā enerģija, kura nav saistīta ar tā kustību. Iekšējo enerģiju veido ķermeņa atomu un molekulu kustība. Piemēram, trieciena rezultātā daļiņas sāk kustēties straujāk - tas izpaužas kā ķermeņa siltums. Saspiežot atsperi, izmainās daļiņu potenciālā enerģija.
Atvilktai gumijai piemīt potenciālā enerģija, kuras cēlonis ir molekulu savstarpējā pievilkšanās
Kas notiks, ja mašīna nospriegos gumiju un tad izslēgs motoru? Molekulu pievilkšanās spēks pārvietos automašīnu?
Enerģijas nezūdamības likums: enerģija nezūd un nerodas no jauna, tā tikai pārvēršas no viena veida enerģijas otra veida enerģijā vai pāriet no viena ķermeņa uz citu.
Ķermeņa pilnā enerģija ir tā mehāniskās un iekšējās enerģijas summa.