De formule
Hoe je potentiële energie berekent
Zwaarte-energie (gravitationele potentiële energie) is de energie die een voorwerp heeft dankzij zijn hoogte. Laat je het vallen, dan zet die energie zich om in kinetische energie — daarom hangt de inslagsnelheid alleen van de hoogte af, niet van de massa.
De hoogte wordt gemeten vanaf een zelfgekozen referentiepunt — alleen verschillen in potentiële energie hebben fysische betekenis. De inslagsnelheid gaat uit van een vacuüm; luchtweerstand verlaagt die aanzienlijk bij lichte voorwerpen en lange vallen.
Waarom potentiële energie belangrijk is
Zwaarte-energie ligt aan de basis van waterkrachtcentrales, pompaccumulatie en elk vraagstuk waarbij iets omhoog wordt gebracht en daar energie mee opslaat. Het verklaart ook waarom een val van grotere hoogte harder aankomt, en waarom een lift meer energie kost naarmate hij hoger moet.
Rekenvoorbeeld
Bij een massa van 75 kg, een hoogte van 10 m en de standaard valversnelling van 9,80665 m/s² is de potentiële energie 75 × 9,80665 × 10 = 7.354,9875 J. De inslagsnelheid bij vallen is √(2 × 9,80665 × 10) ≈ 14,0047 m/s, en in kilowattuur is dat 7.354,9875 ÷ 3.600.000 ≈ 0,00204 kWh.
De uitkomst interpreteren
Het cijfer in kilowattuur zet de schaal in perspectief. Een persoon tien meter optillen slaat ongeveer 0,002 kWh op — een fractie van een cent aan elektriciteit, wat verklaart waarom zwaartekrachtopslag enorme massa's en hoogtes nodig heeft om nuttig te zijn.
Een veelvoorkomende denkfout: een zwaarder voorwerp zou harder aankomen omdat het sneller valt. Dat klopt niet — het komt met dezelfde snelheid aan en draagt meer energie door zijn massa, niet door zijn snelheid.
Niet in een vacuüm. De valversnelling is voor elke massa gelijk, waardoor een veer en een hamer op de maan tegelijk landen. Luchtweerstand is wat ze op aarde uit elkaar trekt.
Ongeveer 1,62 m/s² op de maan, 3,72 op Mars, 24,79 op Jupiter. Het aanpassen van de valversnelling herberekent zowel de opgeslagen energie als de inslagsnelheid.