1.1 Potentiaalienergia

Energia ja työ liittyvät läheisesti toisiinsa Jos kappaleella on energiaa, sillä on kyky tehdä työtä. Koska työ W = Fs, niin kappaleella on silloin kyky vaikuttaa voimalla F matkan s toiseen kappaleeseen.

Kun jousta jännitetään, tehdään työtä. Tämä työ varastoituu jouseen ja jännitetyllä jousella on puolestaan kyky tehdä työtä. Tämä työ on myös potentiaalienergiaa ja johtuu jousen osien keskinäisestä asemasta toisiinsa nähden. Jousen vapauttamisen jälkeen potentiaalienergia purkautuu työksi, koska jousi vaikuttaa nuoleen (muuttuvalla) voimalla F matkan s.

Ajatellaan, että kappale on maan pinnalla. Jos kappale halutaan nostaa korkeudelle h, joudutaan tekemään työtä Maan vetovoimaa vastaan. Pienin riittävä voima on juuri Maan vetovoiman suuruinen eli mg. Tällöin kappale nousee tasaisesti, siis vakionopeudella.(Tosin käytännössä aivan noston alussa kappale on saatava liikkeelle käyttämällä suurempaa voimaa kuin Maan vetovoima.) Nostotyö on siis

W = mgh

Kappaleella on nyt asemansa perusteella lisääntynyt kyky tehdä työtä, joten kappaleen potentiaalienergia on kasvanut määrällä mgh. Potentiaalienergian luonteeseen kuuluu, että sen nollatason voi valita vapaasti. Jos valitsemme nollatason maan pinnallekappaleen, on nostetun kappaleen potentiaalienergia

Ep = mgh

Tätä havainnollistetaan seuraavassa sovelmassa. Nuolinäppäimillä voit siirtää kappaletta ylöspäin tai sivulle ja sovelma laskee kappaleen potentiaalienergian joka hetki. Voit myös vaihtaa kappaleen massaa vetämällä liukunauhasta. (Jos selaimesi on Netscape, on sinun aktivoitava sovelma klikaamalla sen sisällä tai säätämällä liukunauhasta massan suuruutta ennen kuin nuolinäppäimet nostavat kappaletta). Huomaa, että sivusuuntainen siirto ei vaikuta potentiaalienergiaan eikä siksi vaadi työtä.

Yleistä potentiaalienergian lauseketta ei voi antaa, koska esimerkiksi jännitetyn jousen ja nostetun kappaleen potentiaalienergiat riippuvat eri asioista. Toisin sanoen E_p riippuu vallitsevasta systeemistä.