Ursprunglig fråga:
Jag frågade förut den här frågan: Ökar eller minskar den potentiella energin när en laddning flyttar sig mot den elektriska kraften?

Men nu har jag en annan fråga om det.. Varför minskar den potentiella energin när en laddning flyttar sig med den elektriska kraften?
/Diar R, Bersilius, Linköping

Svar:
Enligt Nationalencyklopedin definieras potential som det arbete som krävs för att förflytta en massenhet, en positiv enhetsladdning eller en magnetisk enhetspol från oändligt avstånd från ett konservativt kraftfälts källor (jfr konservativ kraft) till en punkt i kraftfältet (gravitationsfält, elektrostatiskt eller magnetiskt fält).

En konservativ kraft är en kraft som har egenskapen att arbetet den uträttar är oberoende av vägen och endast beror av begynnelse- och slutläget. Gravitationskraft och coulombkraft är exempel på konservativa krafter, medan friktionskraften är exempel på en icke-konservativ eller dissipativ kraft.

Man kan alltså definiera begreppen potentiell energi och potential om man har att göra med en konservativ kraft. Eftersom många kraftverkningar inom fysiken är konservativa är begreppet potential mycket viktigt.

I en dimension är sambandet mellan potentialen U(x) och kraften som utövas

F(x) = -dU(x)/dx

Observera minustecknet! Det betyder att kraften är riktad mot potentialökningen.

För ett föremål som befinner sig i en potential (t.ex. en satellit i jordens gravitationsfält) gäller att summan av den potentiella energin U och den kinetiska energin K (rörelseenergin) är konstant:

Total energi (konstant) = U + K = U + mv²/2

där v är hastigheten.

Låt oss som ett enkelt exempel på tillämpning av potential räkna ut hur fort ett föremål faller när det träffar marken från en höjd av 100 (h) meter om vi kan bortse från luftmotståndet (se bilden nedan). Vi antar att förmålets massa är m, men detta kommer inte att ha någon betydelse för slutresultatet. Ändringen i den potentiella energin är enligt ovan (kraften F är konstant eftersom h är litet jämfört med jordens radie):

F(x)*Dx = -DU(x) eller -DU = m*g*h

om den potentiella energin vid marken sättes lika med 0. Om hastigheten vid höjden h är noll är hela energin potentiell energi vid höjden h och hela energin kinetisk energi vid marken. Vi får då

m*g*h = mv²/2

och

v = sqrt(2*g*h) = sqrt(2*9.81*100) = sqrt(1962) = 44 m/s

Se vidare Potential_energy och länken nedan.

Observera att man i kvantmekaniken aldrig talar om krafter - man använder sig av potentialer.

Nyckelord: potential/potentiell energi [30];

1 http://science.howstuffworks.com/fpte10.htm