Potansiyel enerji nedir?

Korunumlu kuvvetlerin bulunduğu bîr ortamdaki bir cisim, bulunduğu yer dolayısıyle bîr iş yapına yeteneğine, yani bir enerjiye sahiptir. Bu enerjiye potansiyel enerji denir. Bu ortamda cismin hız enerjisindeki bir değişim, onun konumunu da değiştireceği için, potansiyel enerjisi de değişir. Hız enerjisindeki değişim, potansiyel enerjideki demişime değerce eşit fakat işaretçe zıttır. Yani? HE + ? PE = 0
Başka bir deyimle. Hız enerjisindeki değişim, potansiyel enerjideki değişim ile karşılanır ve cismin potansiyel ve hız enerjileri toplamı değişmez kalır:
HE + PE = değişmez
yukarıda da belirtildiği gibi ancak korunumlu kuvvetlerin bulunması durumda geçerliktedir.

Potansiyel enerji kavramını daha iyi anlayabilmek için iş-enerji eşitliğinden yararlanalım. Bu eşitliğe göre biliyoruz ki, bir cisim üzerinde bir kuvvetin (yada bileşke kuvvetin) belli bîr yol boyunca yaptığı iş, cisimdeki hız enerjisi değişimine eşittir. Eğer cisme etkiyen kuvvet korunumlu bir kuvvetse, bu işi cisimde potansiyel enerjinin azalma miktarına eşittir. Yani,
W = HE = - PE
yazabiliriz. Örnek (Top yere düşerken yerçekimi kuvvetinin yaptığı iş cismin potansiyel enerjisini azaltır) Korunumlu kuvvetlerin yaptığı W işi devinimin sadece başlangıç ve bitim noktalarına bağlıdır; gidilen yoldan bağımsızdır. Böyle bir kuvvet; cismin korunumuna bağımlı olabilir ama onun hızına yada zamana bağımlı olamaz.

Görüldüğü gibi potansiyel enerji, korunumlu bir kuvvete karşı yapılan bir işin geri alınabileceğini anlaman bir kavramdır. Potansiyel enerjinin işe dönüşebilmesi için önce mutlaka hız enerjisine dönülmesi gerekir; bu dönüşen hız enerjisi iş yapabilir. Sözgelimi, yüksekteki bir balyozun bir kazık üstüne düşmesinde yapılan iş, hız enerjisine dönüşen potansiyel enerjinin yaptığı iştir. Potansiyel enerji cismin konumuna bağlı olduğu için cismin konumu da belli bir karşılaştırma (başvuru) noktasına göre tanımlanmalıdır. Bu nokta genellikle isteğe uygun olarak seçilir.

Çoğunlukla cismin üzerine etki eden kuvvetin sıfır olduğu nokta, karşılaştırma noktası alır. Örneğin, korunumlu bir kuvvet olan yerçekimi kuvveti, yeryüzünden uzaklaştıkça zayıflar ve sonsuz uzaklıkta (dünyanın çekim alanının dışına çıkıldığında), değeri sıfır olur. Bu yönüyle, karşılaştırma noktası sonsuz alınırsa sonsuzdaki bir cismin çekim potansiyel enerjisi sıfırdır.

Bizim incelediğimiz konularda daha çok yeryüzünde ve çekim kuvvetinin değişmediği uzaklıklardaki (örneğin bir topun devinim v.b.) olaylarla ilgileneceğimiz için çekim potansiyel enerjisinin sıfır olduğu noktayı sonsuz yerine yeryüzü olarak alacağız. Buna göre cisimlerin yeryüzünden yükseldikçe çekim potansiyel enerjileri artacaktır.
Yukarıdaki açıklamaya göre potansiyel enerji, istenen bir başlangıç (karşılaştırma) noktasına göre ölçülmektedir.