Potansiyel enerji, bir nesnenin diğer nesnelere göre konumu, kendi içindeki stresler, elektrik yükü veya diğer faktörler nedeniyle tuttuğu enerjidir.
Hareketsiz bir cisimdeki gizli 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 önemli değişkenlerden biridir.
Potansiyel enerji, birkaç karmaşık tarafı olsa da esasen kendi tanımına uyuyor. Bir cismin asıl enerjisi diğer cisimlere göre olan konumuna bağlıdır. Örneğin, bir tuğlanın potansiyel enerjisi iki katlı bir binanın tepesindeyken daha fazladır. Bunun sebebi tuğlanın Dünya’dan ne kadar uzak bir konumdaysa o kadar fazla enerji barındırır. Yan yana duran iki tuğla birbirlerine fazladan enerji vermez çünkü kendilerine uygulanan bir kuvvet yoktur.
Aynı kural herhangi bir boyutta, mesela galaktik veya atomik boyutta, uygulanabilir. Atomlar potansiyel enerji barındırırlar fakat sürekli hareket halinde oldukları için barındırdıkları enerji kinetik enerjiye dönüşür.
Potansiyel Enerji
Enerji, bir cismin veya sistemin iş yapabilme kabiliyetine tekabül eder. Mekanik, termal, kimyasal ve nükleer olmak üzere birçok enerji çeşidi vardır. İlk cümlede bahsettiğimiz iş, bir cismin başka bir cisme enerji aktarımıdır ve kinetik enerjiye ilişkindir. Güç ise iki veya daha fazla cismin birbirlerine aktardığı enerji oranıdır. Bu kavramlar birbirleriyle bağlantılıdırlar. Bir kavramı anlamak için diğer kavramları anlamak gerekir.
Örneğin, kütlesi ve Dünya yüzeyinden belirli bir yüksekliği olan herhangi bir nesne veya cismin potansiyel enerjisi vardır. Cisim veya cisim yerden yukarı kaldırılmazsa, sıfır yüksekliğe ve dolayısıyla sıfır enerjiye sahip olacaktır. Dünya yüzeyinden uzaklık ne kadar yüksek olursa, potansiyel enerji o kadar yüksek olur.
Yerçekimi Potansiyel Enerji
Yerin yüzeyinden belirli bir uzaklıkta bulunan tüm nesneler yerçekimi kuvveti nedeniyle 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 ismi enerji aktarımı formüllerini anlamlandıran fizikçi James Prescott Joule’den geliyor. Enerji ve iş aynı birimle ölçülür. Çünkü ikisi bir nevi aynı şeyler. İş, hareket halindeki enerjiye denir. Güç ise ‘‘watt’’ ile ölçülür. Bu birimin ismi İskoçyalı mucit James Watts’tan gelir. Watt miktarı üretilen ısının ölçüsüdür. Enerji aktarımı olduğunda ısı üretilir. Enerji aktarımı ne kadar hızlı olursa o kadar çok ısı üretilir.
Bu etkileşimi ellerinizle canlandırabilirsiniz. Hava soğuk olduğunda, sağ elinizle sol elinizi birbirine sürtüp ısı üretebilirsiniz. Ellerinizin ne kadar hızlı titreşebileceğini hayal edin. Ne kadar çok enerji kullanılırsa o kadar çok iş yapılmış demektir. Yani iş daha çok güç gerektirir, böylece daha çok ısı üretilir.
Bir cismin potansiyel enerjisi, o cismin iş yapabilme, ısı ve güç üretebilme potansiyelinin ölçülmesidir. Bundan dolayı bir cismin kütlesinin, Dünya’ya uzaklığının, elektrik yükünün, diğer cisimlere olan uzaklığının ve iç mekanik enerjisinin toplamı o cismin potansiyel enerjisine tekabül eder. Basit bir şekilde bu formül şöyle 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 veya sıkışması sonucunda depolanan enerjidir. Lastik bantlarda, bungee akorlarında, trambolinlerde, yaylarda, yay içine çekilmiş bir okta vb. depolanabilir. Böyle bir cihazda depolanan elastik potansiyel enerji miktarı, cihazın gerilme miktarı ile ilgilidir.
Eren Güneysu