まとめ
- 高い場所にある物体が、その位置によって蓄えているエネルギーのこと。
- 物体の質量と高さに比例し、基準面から高いほど、また重いほどその値は大きくなる。
- 運動エネルギーとあわせて「力学的エネルギー」を構成し、互いに変換・保存される性質を持つ。
解説
位置エネルギーは、物体が特定の場所にあることで「蓄えている」状態のエネルギーです。重力による位置エネルギーの場合、物体を基準面から持ち上げるために必要な仕事が、そのままエネルギーとして蓄積されます。数式では「質量(m)×重力加速度(g)×高さ(h)」で表され、物体を自由落下させると、この位置エネルギーは減少する代わりに運動エネルギーへと姿を変えていきます。
斜面を転がる球の実験では、球を放す位置が高いほど位置エネルギーが大きいため、飛び出す速さや飛ぶ距離が増加します。エネルギーは位置から運動へ、あるいは電気から光や熱へと様々に形を変えますが、その過程で消えてなくなることはありません。物理学の計算では基準面をどこに設定するかで値が変わりますが、実用上はエネルギーの変化量が重要となるため、どこを基準にしても矛盾は生じません。
高いところにある物が持っている、たくわえられたエネルギーのことを「位置エネルギー」といいます。公園のすべり台のてっぺんに座っているときや、高い場所にあるボールは、このエネルギーを持っています。
このエネルギーには特徴があります。まず、場所が高ければ高いほどエネルギーは大きくなります。また、同じ高さなら、重い物ほどエネルギーが大きくなります。高いところから落としたボールが地面を強くたたくのは、大きな位置エネルギーが「動くエネルギー（運動エネルギー）」に変わるからです。
ふりこの運動では、一番高いところにあるときに位置エネルギーが最大になります。そこから下に向かって動き出すと、位置エネルギーは少しずつ減っていきますが、その分だけ動くスピードが速くなり、運動エネルギーが増えていくのです。
ジェットコースターは、最初に高いところまで運ばれることで、たくさんの位置エネルギーをためこみます。そのあとは、エンジンを使わずにそのエネルギーを「動くエネルギー」に変えながら、猛スピードで走りぬけているんだよ。
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