ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 「位置エネルギー」の意味・わかりやすい解説
位置エネルギー
いちエネルギー
potential energy
一般に,質点に働く力がする仕事は,その質点の初めの位置 r と終りの位置 r' だけで決り,途中の経路や遅速に関係しないとき,その仕事は U(r)-U(r') と書ける。仕事がこの形に書けるのは保存力と呼ばれる種類の力,たとえば重力やばねの力などの場合だけであって,U(r) をこの保存力の位置エネルギーという。 U(r) は付加定数だけの任意性をもつが,適当な基準点での値を定めれば位置 r だけで決る。たとえば,位置 r' を基準点として U(r')=0 と定めれば,U(r) は位置 r から基準点まで移動する間に保存力が質点になす仕事を表わし,位置 r だけで決る。質点はこの移動の間に他に対して U(r) だけの仕事をすることができる。これは質点が保存力の力場の中の点 r にあるために潜在的にもつエネルギーと考えて,基準点 r' に関する位置エネルギーと呼ぶ。位置エネルギー U(r) がこのような意味をもつのは,基準点での値をゼロに選んで未定の付加定数をゼロに定めたからであって,この選択が最も便利である。
距離 r だけ離れた質量 m ,m' の2物体の間に働く万有引力 Gmm'/r2 ( G は万有引力定数 ) も保存力であって,m' の質点を原点と考えるとき,r だけ離れた m の位置エネルギーは U(r)=-Gmm'/r で与えられる。ただし,基準点を無限遠点 r=∞ に選んで,U(∞)=0 としている。なお,仕事をする能力は保存力場の中にある質点ではなく,力場そのものの中に潜在していると考えることもでき,そのときには位置エネルギーのことを力場のポテンシャルという。
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