Energi potensial gravitasi diperoleh oleh suatu benda ketika telah dipindahkan melawan medan gravitasi. Misalnya, suatu benda yang diangkat di atas permukaan bumi akan memperoleh energi, yang dilepaskan jika benda tersebut dibiarkan jatuh kembali ke tanah. Agar suatu benda dapat diangkat secara vertikal ke atas, kerja harus dilakukan melawan tarikan gravitasi ke bawah. Pekerjaan ini kemudian disimpan sebagai energi potensial gravitasi. Ketika objek dilepaskan dan jatuh ke bumi, potensi diubah menjadi energi kinetik, atau gerakan.
Sebuah bandul adalah contoh yang baik dari hubungan antara potensial gravitasi dan energi kinetik. Pada titik tertingginya, bandul hanya memiliki energi potensial. Saat turun, ini diubah menjadi energi kinetik, mencapai maksimum pada titik terendahnya, di mana ia tidak memiliki energi potensial. Saat berayun lagi, kinetik diubah menjadi energi potensial.
Jumlah energi potensial yang dimiliki suatu benda bergantung pada massa atau berat benda, ketinggiannya di atas permukaan, dan kekuatan medan gravitasi. Jika faktor-faktor lainnya sama, suatu benda yang berat akan memiliki energi potensial gravitasi yang lebih besar daripada benda yang lebih ringan. Sebuah benda 1 mil (1.6 km) di langit akan memiliki lebih banyak energi daripada benda yang sama 1 kaki (30.48 cm) dari permukaan. Di Bulan, yang memiliki medan gravitasi lebih lemah daripada Bumi, sebuah benda akan memiliki energi potensial yang lebih kecil daripada benda yang sama pada ketinggian yang sama di atas Bumi.
Menghitung Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial suatu benda dapat dihitung sebagai massa benda, dikalikan dengan gaya gravitasi, dikalikan dengan ketinggian benda di atas titik tertentu. Titik itu bisa menjadi permukaan bumi atau bisa juga lantai sebuah ruangan. Sebenarnya, potensial dapat dihitung untuk setiap titik di bawah objek.
Gaya gravitasi biasanya dinyatakan sebagai percepatan yang dialami oleh suatu benda yang dibiarkan jatuh bebas, dengan mengabaikan efek hambatan udara atau gesekan. Meskipun kekuatan medan gravitasi di permukaan bumi bervariasi dari satu tempat ke tempat lain, variasinya sangat kecil sehingga hampir dapat diabaikan. Oleh karena itu, dalam fisika, percepatan gravitasi di dekat permukaan bumi biasanya dianggap konstan, dengan nilai sekitar 32 kaki (9.8 meter) per detik per detik (kaki/s2 atau m/s2). Oleh karena itu, rumus energi potensial sederhana untuk suatu benda yang diangkat dari permukaan bumi dapat dinyatakan sebagai berikut:
energi potensial = massa benda dalam pound × 32 × tinggi benda dalam kaki atau energi potensial = massa benda dalam kilogram × 9.8 × tinggi benda dalam meter
Rumus ini bekerja dengan baik untuk objek yang dekat dengan permukaan bumi. Ini dapat dengan mudah disesuaikan untuk mengatasi skenario serupa di medan gravitasi lainnya, misalnya di Bulan atau di Mars, dengan mengubah nilai gaya gravitasi yang sesuai. Karena kekuatan medan gravitasi berkurang dengan jarak dari sumbernya, bagaimanapun, rumus ini hanya akan bekerja untuk objek yang relatif dekat dengan permukaan sumber gravitasi, di mana pengurangan gaya gravitasi terlalu kecil untuk menjadi penting. Untuk objek yang relatif jauh dari permukaan, massa sumber gravitasi dan jarak dari pusatnya ke objek harus diperhitungkan.
penggunaan
Mungkin penggunaan energi potensial gravitasi yang paling penting adalah dalam pembangkit listrik tenaga air. Di sini, energi potensial air di danau atau waduk yang terletak tinggi di atas pembangkit listrik dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Air dibiarkan turun dari reservoir, mengubah potensial menjadi energi kinetik, dan pergerakan air menggerakkan turbin, yang menghasilkan arus listrik. Selama periode permintaan rendah, pembangkit listrik mungkin memiliki kelebihan listrik, yang dapat digunakan untuk memompa air kembali ke reservoir, membangun lebih banyak energi potensial.
Aplikasi lain dalam counterweight, yang digunakan di sejumlah perangkat mekanis. Misalnya, beberapa jenis lift menggunakan penyeimbang sedemikian rupa sehingga turun ketika mobil lift naik, dan sebaliknya. Saat mobil naik, energi potensial penyeimbang diubah menjadi energi kinetik saat mobil turun, sehingga membantu menarik mobil ke atas, mengurangi jumlah kerja yang harus dilakukan oleh motor yang menggerakkan perangkat. Saat mobil lift turun — dibantu oleh gravitasi — penyeimbang ditarik kembali, mendapatkan energi potensial.