何らかの力が物体に作用すると、エネルギー貯蔵が生成されることがあります。これは、それらに対して作業が実行されたときに発生します。エネルギー貯蔵を生成できる力はすべて保存力と呼ばれます。これは、重さ、弾性力、電気力で検証できます。
下図に示すように、物体を位置 A から B に持ち上げるときにかかる力 F を考えてみましょう。
力 F は、物体を地面 (点 A) から高さ h (点 B) まで吊り下げます。力 F が重力に逆らって作用するため、物体は重力位置エネルギーと呼ばれるエネルギーを蓄えます。保守的な力の特徴の 1 つは、それらによって行われる仕事が、身体がたどる軌道に依存しないことです。下の図では、同じ物体が 3 つの異なる軌道で吊り下げられていることがわかります。
この図によれば、力 F によって物体は重力位置エネルギーを獲得します。したがって、体が常に地面から始まり同じ高さに到達すると考えると、重力の働きは 3 つの軌道で同じになります。したがって、重量の力は保守的な力です。
保守的な力の働き
ここで、重量の力の作用のみを受ける、自由落下運動 (落下) 中の質量 m の物体を考えてみましょう。この物体の落下中に、A と B の 2 つの点を区切ってみましょう。
P = mg
Δs = (hA – hB)
A から B への移動中に重量の力によって行われる仕事は、次の式で与えられます。
Tポット= P.Δs.cos 0°
Tポット= mg(h A – h B )
Tポット= mgh A – mgh B
Epot = mghなので、次のようになります。
Tポット= EポットA – EポットB
Tpot = ΔEpot