位置エネルギー

デジタル大辞泉

いち‐エネルギー〔ヰチ‐〕【位置エネルギー】

読み方：いちえねるぎー

物体のもつエネルギーのうち、その物体の位置のみによって決まるエネルギー。ある高さにある物体が地上に至るまでに重力に作用されて得る位置エネルギーは、物体の質量・高さ・重力加速度の積で得られる。ポテンシャルエネルギー。

航空軍事用語辞典++

【位置エネルギー】(いちえねるぎー)

物体が落下する際に発生する重力加速度のエネルギー。
運動エネルギーの一種であるため、単位としてジュール([J])を用いる。

転じて、航空機が飛んでいる高度を指す。
航空機は高度を上昇させる際、単に速度を維持する以上の燃料を消費する。
また、落下する事によってエンジンの出力とは別に加速力を得る事ができる。
つまり、航空機の高度は速度と相互変換する事が可能なエネルギーの一種とみなす事ができる。

戦闘では、敵機よりも高高度に位置していれば有利な機動を行える。
また、同一の火器やミサイルであっても、高高度から発射すればより遠くまで届く。

関連：ズーム上昇

物理学的な概略

空気抵抗などを想定しない場合、位置エネルギーの量は「E=mgh」の公式で割り出せる。
また、速度エネルギーへの変換式は「mgh = mv^2/2」で表せる。
これを力学的エネルギー保存則という。

E = 位置エネルギー([J])
m = 質量([kg])
g = 重力加速度（[m/s^2]）
h = 対地高度([m])
mv = 速度エネルギー([m/s])

例えば、時速950kmで巡航する航空機の速度エネルギーは、対地高度3500mに換算できる。

ウィキペディア

位置エネルギー

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/01/31 04:38 UTC 版)

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古典力学
${\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}(m{\boldsymbol {v}})}$	この節には独自研究が含まれているおそれがあります。 問題箇所を検証し出典を追加して、記事の改善にご協力ください。議論はノートを参照してください。（2020年8月）

質点に働く力が位置エネルギーの微分係数として表されることから、運動方程式とそこから導入された公式を見る限りにおいては、位置エネルギーの始点と終点での値の差だけが物理的な意味を持つ。従って、適当な積分定数を位置エネルギーにあらかじめ加えておいても構わない。ただし、特殊相対性理論においては、電磁気学との整合性から、厳密には位置エネルギーの基準値の設定には注意が必要である。

例

例として、手でボールを持ち上げて、静かに離す時を考える。ボールは重力に従って下に落ちる。

ここで、このボールがもつエネルギーに着目する。ボールを持ち上げた時、そのボールは位置エネルギーを得たと考える。得たエネルギーの大きさは、ボールを持ち上げるのに必要としたエネルギーに等しい。そしてボールを支える手が離れた瞬間、位置エネルギーは運動エネルギーに変化し始める。運動エネルギーとは物体が動いているときに持つエネルギーである。ボールが落ちていくにつれて位置エネルギーは減少し、代わりに運動エネルギーが増えていく。位置エネルギー＋運動エネルギー、つまり物体が持つエネルギーの全てのことを力学的エネルギーという。

落下する物体のエネルギーの移り変わり

図は落下する物体のエネルギーの移り変わりを表している。h は物体のある高さ、t は時間、E_pot は位置エネルギー、E_kin は運動エネルギー、E_tot は力学的エネルギーである。物体の落下に伴って、位置エネルギー（黄色い部分）は減少し、運動エネルギー（青い部分）は増加する。

ここで重要なのはボールが落下している間、力学的エネルギーは常に一定で変わらないということである。物体が動くときには、エネルギーの種類は変わるがその総量は増えたり減ったりしない。この法則を力学的エネルギー保存則と呼ぶ。運動エネルギーをK、位置エネルギーをU、力学的エネルギーをEとすると、K＋U＝Eと表される。これはニュートン力学3法則から導くことができる。

重力による位置エネルギー

→詳細は「重力ポテンシャル」を参照

地表付近において、質量が m の物体が基準面から h だけ高い位置にあるとする。その物体が持つ位置エネルギーは、重力加速度を定数 -g とおくと

${\displaystyle \left\lbrace f=-mg\right\rbrace \longrightarrow U(h)=-\int _{0}^{h}(-mg)dr=mgh}$

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