Energia potencjalna grawitacji to energia, którą posiada obiekt ze względu na swoje położenie w polu grawitacyjnym. Innymi słowy, to energia zmagazynowana w obiekcie, która może zostać uwolniona, gdy obiekt zmieni swoje położenie. Jej wartość zależy od kilku czynników, które zaraz omówimy.
Najważniejszym czynnikiem jest masa obiektu. Im większa masa, tym większa energia potencjalna grawitacji, gdy obiekt znajduje się na określonej wysokości. Można to sobie wyobrazić, myśląc o porównaniu podnoszenia piórka i cegły na tę samą wysokość. Cegła wymaga więcej energii, więc zmagazynuje jej więcej jako energii potencjalnej.
Kolejnym kluczowym czynnikiem jest wysokość, na jakiej znajduje się obiekt. Im wyżej obiekt się znajduje, tym większa jest jego energia potencjalna grawitacji. To proste: upuszczony z większej wysokości przedmiot nabierze większej prędkości (i energii kinetycznej) spadając. To ta energia kinetyczna pochodzi z energii potencjalnej grawitacji zamienionej w ruch.
Ostatnim czynnikiem, który wpływa na energię potencjalną grawitacji, jest przyspieszenie ziemskie (g). Przyspieszenie ziemskie jest niemal stałe na powierzchni Ziemi (około 9.81 m/s²). Oznacza to, że każdy obiekt jest przyciągany do Ziemi z tą samą siłą, proporcjonalną do jego masy. Zatem, energia potencjalna jest wprost proporcjonalna do tego przyspieszenia.
Podsumowując, energię potencjalną grawitacji (Ep) obliczamy ze wzoru: Ep = mgh, gdzie m to masa obiektu, g to przyspieszenie ziemskie, a h to wysokość, na jakiej znajduje się obiekt względem pewnego punktu odniesienia (np. podłoża).
Wybór punktu odniesienia jest ważny. Zazwyczaj przyjmuje się, że energia potencjalna na poziomie podłoża wynosi zero. Jednak, można wybrać dowolny inny punkt, a wtedy obliczona energia potencjalna będzie wartością względną w stosunku do tego punktu.
Przykładowo, wyobraźmy sobie piłkę o masie 1 kg, leżącą na półce o wysokości 2 metry. Jej energia potencjalna grawitacji względem podłogi wynosi Ep = 1 kg * 9.81 m/s² * 2 m = 19.62 J (dżuli). Jeśli piłka spadnie, ta energia potencjalna zostanie zamieniona na energię kinetyczną, a po uderzeniu w podłogę, na ciepło i dźwięk.
Zastosowania energii potencjalnej grawitacji są szerokie. Elektrownie wodne wykorzystują energię potencjalną wody zgromadzonej w zbiornikach na dużej wysokości. Spadająca woda napędza turbiny, które generują energię elektryczną. Podobnie działają zegary wahadłowe, gdzie energia potencjalna wahadła zamieniana jest na ruch.
Również w życiu codziennym mamy do czynienia z energią potencjalną grawitacji. Schodzenie ze schodów, zjeżdżanie na zjeżdżalni, czy nawet trzymanie przedmiotu w górze, to wszystko sytuacje, w których energia potencjalna grawitacji odgrywa rolę. Zrozumienie, od czego zależy ta energia, pozwala lepiej analizować i opisywać ruch obiektów w polu grawitacyjnym.
