Potential Energy (PE)

位置エネルギー（ポテンシャルエネルギー）とは

物体が高い場所にあるとき、その物体は「仕事をすることができる潜在能力」を持っています。これを位置エネルギー（Potential Energy）と呼びます。例えば、棚の上のボールが落ちると、下の物を壊したり、音を立てたりする（仕事をする）ことができます。

基本公式

重力による位置エネルギー $U$ は、質量 $m$、重力加速度 $g$、基準面からの高さ $h$ を用いて次のように表されます。

$U = mgh$

• $m$ (Mass): 質量 [kg]
• $g$ (Gravity): 重力加速度 [m/s²] （地球上では約9.8）
• $h$ (Height): 高さ [m]
• $U$ (Energy): エネルギー [J, ジュール]

エネルギー保存則との関係

空気抵抗などの摩擦がない場合、物体が落下すると位置エネルギーは減少し、その分だけ運動エネルギー ($K = \frac{1}{2}mv^2$) が増加します。しかし、両者の和（力学的エネルギー）は常に一定に保たれます。これを力学的エネルギー保存則と呼びます。

例えば、高さ $h$ から初速度0で落下した物体が地面に衝突する直前の速度 $v$ は、$mgh = \frac{1}{2}mv^2$ より $v = \sqrt{2gh}$ と求めることができます。