Der Unterschied zwischen potentieller und kinetischer Energie beruht auf einer sehr einfachen Eigenschaft des Objekts. Wenn sich ein Objekt bewegt, dann hat es kinetische Energie, oder kinetische Energie ist die Bewegungsenergie. Potentielle Energie ist Energie, die in einem Objekt gespeichert ist und unter den richtigen Bedingungen freigesetzt werden kann. Daher hängt der Unterschied zwischen diesen beiden Energiearten davon ab, ob sich ein Objekt bewegt oder nicht.
Viele Objekte haben potentielle Energie, die auf viele verschiedene Arten freigesetzt werden kann. Kraftstoffe und Lebensmittel enthalten potentielle Energie, die in Form von Wärme bzw. chemischer Energie freigesetzt wird. Auch Quellen enthalten potentielle Energie. Beim Entspannen einer Feder wird die potentielle Energie als kinetische Energie freigesetzt. Ein weiteres Beispiel für potentielle Energie ist die potentielle Gravitationsenergie.
Die potentielle Gravitationsenergie ist eine Art von Energie, die ein Objekt hat, weil es über dem Boden angehoben wird. Die Menge der gravitativen potentiellen Energie, die das Objekt beim Anheben hat, kann bestimmt werden, indem man die Arbeit misst, die erforderlich ist, um das Objekt dorthin zu bringen, indem die Höhe, die es angehoben hat (h), seine Masse (m) und die Anziehungskraft des Erde (g), die 10 N/kg beträgt. Die Formel für die potentielle Gravitationsenergie lautet GPE = mgh. Zum Beispiel hätte ein 50 kg schweres Gewicht, das 5 m angehoben wird, eine GPE von 50 x 5 x 10 oder 2500 Joule (J), die Einheit für Energie.
Wenn das im vorherigen Beispiel verwendete Gewicht freigesetzt würde, würde seine potentielle Gravitationsenergie in kinetische Energie umgewandelt. Das Gewicht beginnt nur mit potentieller Gravitationsenergie, während es über dem Boden gehalten wird. Wenn es losgelassen wird, beginnt es aufgrund der Anziehungskraft in Richtung Boden zu beschleunigen. Dabei hat es sowohl potentielle als auch kinetische Energie. Je näher er dem Boden kommt, desto mehr seiner potentiellen Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, bis er kurz vor dem Auftreffen auf dem Boden steht und die gesamte Energie in kinetische Energie umgewandelt wurde.
Dies ist das Prinzip der Energieerhaltung in der Physik. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie weder vernichtet noch erzeugt werden kann und ist ein grundlegendes Gesetz der Physik. Von oben wurde zunächst die potentielle Gravitationsenergie von der Arbeit übertragen, um das Gewicht zu heben. Zweitens wurde die kinetische Energie aus der gespeicherten potentiellen Gravitationsenergie des angehobenen Gewichts übertragen. Mit anderen Worten, die potentielle und die kinetische Energie sind gleich.
Die kinetische Energie wird aus der Masse (m) eines Objekts und seiner Geschwindigkeit (v) in der folgenden Gleichung berechnet – KE = ½ mv2 (Masse x Geschwindigkeit zum Quadrat geteilt durch 2). Mit unserem obigen Beispiel kennen wir bereits die kinetische Energie des Gewichts, da die potentielle und die kinetische Energie gleich sind. Das Gewicht hat eine kinetische Energie von 2500 J, kurz bevor es den Boden berührt. Wir können dies verwenden, um seine Geschwindigkeit beim Auftreffen auf den Boden oder seine Aufprallgeschwindigkeit zu bestimmen. Durch Umstellen der Formel für die kinetische Energie erhalten wir – v2 = 2KE/m oder v2 = 2 x 2500 / 50 = 100, also beträgt die Aufprallgeschwindigkeit des Gewichts 10 m/s (die Quadratwurzel aus 100).