势能
shì néng
势能是物体因其位置、形状或状态而储存的能量，随时可以被释放为运动或其他形式。
Definition
势能是储存起来的能量：一个物体因为所处的位置或所处的状态而拥有它，这些能量正等待被释放出来。重力势能取决于高度（$PE = mgh$），弹性势能储存在被拉伸或压缩的弹簧和橡皮筋中，化学势能储存在食物、燃料和电池的化学键中；它们都可以转化为动能，也可以再转化回去。严格地说，势能只对保守力（即做功与路径无关的力）有定义，定义为该力所做功的负值，$\Delta U = -\int \vec{F}\cdot d\vec{r}$，因此力是势能的负梯度，$F = -dU/dx$。常见的形式有地球表面附近的重力势能 $U = mgh$、一般情形下的 $U = -GMm/r$，以及弹性势能 $U = \tfrac{1}{2}kx^2$。只有势能的差才具有物理意义；零点的选取是任意的。
Example
一根被拉伸的橡皮筋、放在高书架上的一本书，以及一个上紧发条的玩具，都具有势能，当你松手时，储存的能量就转化为运动。一支 $0.2\ \text{kg}$ 的箭放在 $30\ \text{m}$ 高的塔顶，具有 $PE = 0.2 \times 9.8 \times 30 = 58.8\ \text{J}$ 的势能，当它下落时，这些能量会转化为动能。一根劲度系数 $k = 400\ \text{N/m}$ 的弹簧被压缩 $0.10\ \text{m}$，储存的能量为 $U = \tfrac{1}{2}(400)(0.10)^2 = 2.0\ \text{J}$。作用在一个 $0.05\ \text{kg}$ 的球上释放时，$\tfrac{1}{2}(0.05)v^2 = 2.0$，因此 $v = \sqrt{80} \approx 8.9\ \text{m/s}$。
Key Insight
势能在被释放之前是看不见的；山顶上的一块巨石看起来很平静，但它其实储存着很多能量。过山车的第一个坡总是最高的，因为车厢获得的能量永远不会超过它在坡顶储存的量，所以之后的每一个坡都必须更低。物体倾向于朝势能较低的方向运动，因为力指向势能曲线上"下坡"的方向。稳定平衡处在势阱的底部，不稳定平衡则处在隆起的顶部。