Potansiyel enerji, bir nesnenin öteki nesnelere bakılırsa konumu, kendi içindeki stresler, elektrik yükü yada öteki faktörler sebebiyle tuttuğu enerjidir.
Hareketsiz bir cisimdeki gizli saklı enerjiye potansiyel enerji denir ve iki enerji türünden biridir. Kinetik enerji ise hareketli bir cisimde açığa çıkan enerjidir. Potansiyel enerji, fizik ile ilgili tartışmalarda öne çıkan bir kavramdır ve evreni tanımlarken kullandığımız formüllerdeki en mühim değişkenlerden biridir.
Potansiyel enerji, birkaç karmaşık tarafı olsa da esasen kendi tanımına uyuyor. Bir cismin aslolan enerjisi öteki cisimlere bakılırsa olan konumuna bağlıdır. Mesela, bir tuğlanın potansiyel enerjisi iki kattan oluşan bir binanın tepesindeyken daha fazladır. Bunun sebebi tuğlanın Dünya’dan ne kadar uzak bir konumdaysa o denli fazla enerji barındırır. Yan yana duran iki tuğla birbirlerine fazladan enerji vermez bu sebeple kendilerine uygulanan bir kuvvet yoktur.
Aynı kaide herhangi bir boyutta, örneğin galaktik yada atomik boyutta, uygulanabilir. Atomlar potansiyel enerji barındırırlar fakat devamlı hareket halinde oldukları için barındırdıkları enerji kinetik enerjiye dönüşür.
Potansiyel Enerji
Enerji, bir cismin yada sistemin iş yapabilme kabiliyetine karşılık gelir. Mekanik, termal, kimyasal ve nükleer olmak suretiyle birçok enerji çeşidi vardır. İlk cümlede bahsettiğimiz iş, bir cismin başka bir cisme enerji aktarımıdır ve kinetik enerjiye ilişkindir. Güç ise iki yada daha çok cismin birbirlerine aktardığı enerji oranıdır. Bu kavramlar birbirleriyle bağlantılıdırlar. Bir terimi idrak etmek için öteki kavramları idrak etmek gerekir.
Mesela, hacmi ve Dünya yüzeyinden belirli bir yüksekliği olan herhangi bir nesne yada cismin potansiyel enerjisi vardır. Cisim yada cisim yerden yukarı kaldırılmazsa, sıfır yüksekliğe ve dolayısıyla sıfır enerjiye haiz olacaktır. Dünya yüzeyinden uzaklık ne kadar yüksek olursa, potansiyel enerji o denli yüksek olur.
Yerçekimi Potansiyel Enerji
Yerin yüzeyinden belirli bir uzaklıkta bulunan tüm nesneler yerçekimi kuvveti sebebiyle ona doğru çekildiğinden, bu enerjiye yerçekimi potansiyel enerjisi de denir.
Potansiyel enerjiyi hesaplamak için cismin (nesnenin) kütlesini yerçekimi ivmesi ve Dünya yüzeyinden yüksekliği ile çarpın. Potansiyel enerjiyi hesaplamak için formül (denklem)’dir:
E p = m · g · h
Enerji ve iş ‘‘joule’’ ile ölçülür. Bu birimin adı enerji aktarımı formüllerini anlamlandıran fizikçi James Prescott Joule’den geliyor. Enerji ve iş aynı birimle ölçülür. Bu sebeple ikisi bir nevi aynı şeyler. İş, hareket halindeki enerjiye denir. Güç ise ‘‘watt’’ ile ölçülür. Bu birimin adı İskoçyalı icat eden James Watts’tan gelir. Watt miktarı üretilen ısının ölçüsüdür. Enerji aktarımı olduğunda ısı üretilir. Enerji aktarımı ne kadar süratli olursa o denli oldukca ısı üretilir.
Bu etkileşimi ellerinizle canlandırabilirsiniz. Hava soğuk olduğunda, sağ elinizle sol elinizi birbirine sürtüp ısı yetiştirebilirsiniz. Ellerinizin ne kadar süratli titreşebileceğini hayal edin. Ne kadar oldukca enerji kullanılırsa o denli oldukca iş yapılmış anlamına gelir. Doğrusu iş daha oldukca güç gerektirir, böylece daha oldukca ısı üretilir.
Bir cismin potansiyel enerjisi, o cismin iş yapabilme, ısı ve güç üretebilme potansiyelinin ölçülmesidir. Bundan dolayı bir cismin hacminin, Dünya’ya uzaklığının, elektrik yükünün, öteki cisimlere olan uzaklığının ve iç mekanik enerjisinin toplamı o cismin potansiyel enerjisine karşılık gelir. Kolay bir halde bu formül şu şekilde gösterilebilir: Potansiyel Enerji = mgh, buradaki m kütle, kilogram ile ölçülür; g yerçekiminin sebep olduğu ivme (Dünya’nın yüzeyinde 9.8 m/s^2); h ise yüksekliktir, metre ile ölçülür.
Elastik potansiyel enerji
Tartışacağımız ikinci enerji formu, elastik potansiyel enerjidir. Bu elastik enerji, elastik malzemelerin gerilmesi yada sıkışması sonucunda depolanan enerjidir. Lastik bantlarda, bungee akorlarında, trambolinlerde, yaylarda, yay içine çekilmiş bir okta vb. depolanabilir. Bu şekilde bir cihazda depolanan elastik potansiyel enerji miktarı, cihazın gerilme miktarı ile ilgilidir.
Eren Güneysu