位能

位能（粵拼：wai6 nang4 ）、勢能（sai3 nang4 ），能量一類，講物體因位置而產生，重力勢能、彈性勢能、電勢能等等。件嘢改位置，就可將位化動能，或者化成其他能量。位能同保守力有密切關係，每個保守力都定義到位能。

概論

位能係物體因為喺某啲力場入面嘅位置而有嘅能量。喺一個引力場入面，要將一件物體移離個引力場嘅中心就要抵抗引力場持續施喺件物體上嘅引力：如果除咗引力之外冇任何嘅力施件物體，俾佢自由下墜嘅話，佢會因為受引力場嘅力吸引而傾向向住個引力場嘅中心加速（牛頓第二定律）。假想有件物體喺某行星嘅引力場入面，唔受干擾噉樣受到股引力 $\mathbf {F} _{g}$ 向住粒星嘅中心跌落嘅話，佢跌咗 $\Delta \mathbf {r}$ 咁遠嘅距離之後，股引力喺佢身上作咗嘅功 W 就會等如^[1]：

W=\mathbf {F} _{g}\cdot \Delta \mathbf {r}

而如果要施股力 $\mathbf {F} _{e}$ ，將一件物體喺引力場中移離引力場中心 $\Delta \mathbf {r}$ 咁遠距離，期間速度 keep 住不變－

\mathbf {a} =0,\mathbf {F} =0,\mathbf {F} _{e}=-\mathbf {F} _{g}

就總共要施以 $\mathbf {F} _{g}\Delta \mathbf {r}$ 咁多嘅作功。順帶一提，呢條式假設咗 $\Delta \mathbf {r}$ 同該粒行星嘅直徑比起上嚟好細，所以喺成個過程入面 $\mathbf {F} _{g}$ 嘅數值可以當冇變^{[註 1]}。

如果件物體係自由下墜，件物體因為受咗引力，所以會加速，而佢嘅速度升表示佢帶嘅動能會跟住升。如果件嘢冇因為受空氣阻力而減速嘅話，根據能量守恆定律，假設初速係 0，噉佢失去嘅位能會等如佢得到嘅動能，即係話：

\mathbf {F} _{g}\Delta \mathbf {r} ={{1 \over 2}mv^{2}}

由呢條式睇得出，物體受嘅引力、佢自由下墜咗幾遠距離、同埋其動能改變，三者之間成嘅數學關係。用呢啲式計到出嚟嗰啲結果，假如考慮埋空氣阻力等嘅垃雜嘢嘅話，同實驗得出嘅結果吻合，所以呢拃式廣受物理學界採用。

應用

動能同位能喺物理學同好多嘅工程學領域上都係不可或缺嘅概念。

譬如想像依家有架過山車由路軌嘅頂點向下衝，期間架車會加速得到動能，架車所得嘅動能嘅量，局部取決於佢喺頂點嗰陣嘅位能嘅量。頂點位能嘅量可以用相對簡單嘅數嚟估計，好似係佢個頂點嘅高度等，所以動能同位能嘅概念可以用嚟估計架過山車向下衝嗰陣嘅最高速度會係幾多，而知道過山車嘅最高速度，對評估過山車安全嚟講相當有用^[2]。詳情亦可以睇下過山車物理嘅嘢^[3]。

睇埋

註釋

↑ 詳情可以參考牛頓萬有引力定律。

引用

↑ What is gravitational potential energy?.
↑ Pendrill, A. M., Karlsteen, M., & Rödjegård, H. (2012). Stopping a roller coaster train. Physics Education, 47(6), 728.
↑ Shaw, S. W., & Haddow, A. G. (1992). On 'roller-coaster' experiments for nonlinear oscillators. Nonlinear Dynamics, 3(5), 375-384.

[2] 詳情可以參考牛頓萬有引力定律。

[1] What is gravitational potential energy?.

[3] Pendrill, A. M., Karlsteen, M., & Rödjegård, H. (2012). Stopping a roller coaster train. Physics Education, 47(6), 728.

[4] Shaw, S. W., & Haddow, A. G. (1992). On 'roller-coaster' experiments for nonlinear oscillators. Nonlinear Dynamics, 3(5), 375-384.

[1]

[註 1]

[2]

[3]