در پستهای قبلی در مورد انرژی جنبشی K بحث کردیم. اما انرژی کل یک جسم، تنها محدود به انرژی جنبشی نیست.
تصور کنید که یک کودک بر روی الاکلنگ ایستاده و شما قرار است با پایین آوردن یک طرف، طرف دیگر آن را بالا ببرید. اما این بار به جای اینکه شما در طرف دیگر بنشینید، سعی میکنید به شکل دیگری الاکلنگ را بالا ببرید. شما الاکلنگ را به کنار یک ساختمان برده و در طبقه اول میایستید و ناگهان به روی الاکلنگ میپرید.
چه اتفاقی میافتد؟
احتمالا آن کودک به عنوان مثال یک متر به بالا پرتاب شده و مجددا به جای خود باز میگردد. شما و آن کودک از این بازی خرسند شده و تصمیم میگیرید کمی بر هیجان بازی بیافزایید. شما این بار به جای اینکه از طبقهی اول آن ساختمان بپرید، از طبقهی سوم میپرید. هرچند که رفتن به طبقهی سوم برای شما سختتر بوده و انرژی بیشتری از شما میگیرد، ولی برای هیجان بیشتر، این کار را میکنید. اما این بار وقتی میپرید، کودک به جای یک متر، سه متر به بالا پرتاب میشود و هیجان بازی افزایش مییابد.
مرد چاقی که تقریبا دو برابر شما وزن دارد در حال عبور از آن حوالی است و او نیز با دیدن این بازی، از بازی خوشش میآید. این بار مرد چاق با زحمت زیاد به طبقه سوم رفته و هنگامی که به روی الاکلنگ میپرد، کودک به جای سه متر، شش متر به بالا پرتاب میشود.
در همهی این حالات، هنگامی که در ارتفاع ایستادهاید، انرژی جنبشی شما صفر است. پس چه چیزی باعث پرتاب کودک از روی صندلی الاکلنگ میشود؟ انرژی پتانسیل گرانشی. دیدیم که این انرژی با ارتفاع و وزن شما رابطهای مستقیم دارد. پس میتوانیم ادعا کنیم که
انرژی پتانسیل گرانشی=ارتفاع×وزن
شما در ابتدا مقداری انرژی صرف میکنید تا به طبقهی سوم بروید. با این کار میزان انرژی پتانسیل را افزایش میدهید. هنگامی که میپرید، انرژی پتانسیل رفته رفته به انرژی جنبشی تبدیل شده و شما از حالتی که ساکن بودید به حرکت در آمده و در حین سقوط انرژی جنبشی شما افزایش پیدا میکند.
میتوانیم انرژی پتانسیل گرانشی را به انرژی پتانسیل U تعمیم داده و به شکل زیر تعریف کنیم:
انرژی پتانسیل= نیرو × جابجایی
و انرژی کل یک جسم را به صورت زیر تعریف نماییم:
E=K+U
طبق قانون بقای انرژی، انرژی کل سیستم از بین نمیرود و به وجود نمیآید و تنها از شکلی به شکلی دیگر تبدیل میشود. در این مثال شما زمانی که از طبقهی سوم میپرید، انرژی پتانسیل شما تبدیل به انرژی جنبشی شده و در نهایت وقتی به سطح زمین میرسید، انرژی پتانسیل شما به صفر میرسد و انرژی جنبشی شما به حداکثر مقدار خودش خواهد رسید.