位置エネルギー（重力）

定義

位置エネルギー（重力）とは、重力のはたらく場の中で、物体が位置によってもつエネルギーのことである。
物体が高い位置にあるほど大きくなり、低い位置にあるほど小さくなる。

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物体を持ち上げると、手を離したときに落ちるようになる。このとき、持ち上げたことでエネルギーが物体にたまっていると考える。
この「高さによってたまるエネルギー」が位置エネルギーである。

例えば、本を机の上に置くよりも棚の上に置いた方が、落ちたときに強くぶつかる。これは高い位置ほどエネルギーが大きいことを示している。

数式

重力による位置エネルギーは、次の式で表される。

\[U = mgh\]

ここで、
\(m\) は質量（kg）、
\(g\) は重力加速度（m/s²）、
\(h\) は基準位置からの高さ（m）である。

この式は、重力が一定（地表付近）である場合に成り立つ。

ポイント

• 基準となる高さは任意に決められるため、絶対値よりも変化量が重要である
• 高さが高いほど位置エネルギーは大きくなる
• 運動エネルギーと相互に変換される（力学的エネルギー保存）