Stöðuorka

Stöðuorka kerfis er orka sem stafar af kröftum sem verka á milli eininga þess og afstöðu þeirra. Kraftarnir geta verið rafkraftur, segulkraftur eða þyngdarkraftur.

Fyrir einangrað kerfi sem samanstendur af tveimur föstum hlutum sem beita hvor annan krafti () og liggja á x-ás, skilgreinist stöðuorka þeirra sem:

þar sem krafturinn milli hlutanna breytist eingöngu með vegalengd () og er heildað eftir línu sem tengir hlutina saman.

Til að sýna betur fram á samband krafts og stöðuorku má taka sem dæmi sama kerfi tveggja hluta sem liggja á x-ás. Ef stöðuorka annars þeirra í punktinum  er , þá er krafturinn sem verkar á hlutinn í þeim punkti:

Stefna kraftsins milli tveggja hluta er í átt breytingar stöðuorku og stærð hans er í beinu hlutfalli við breytingahraðann (afleiðuna). Stór kraftur tengist miklum stöðuorkumun miðað við gefna vegalengd, lítill kraftur litlum.

Þessar tvær skilgreiningar, stöðuorku útfrá á krafti og krafts útfrá stöðuorku, sýna hvernig hugtökin kraftur og stöðuorka eru nátengd. Tveir hlutir sem beita hvor annan krafti hafa stöðuorku, hvor í kraftsviði hins. Ef kerfi samanstendur af tveim hlutum sem beita hvor annan krafti, kemur fram í því stöðuorka.

Vegna þess að allir kraftar eru fall af vegalengd, mun sérhver breyting á innbyrðis afstöðu kerfis með stöðuorku annaðhvort minnka hana eða auka. Þegar stöðuorka kerfis minnkar, breytist hún í aðra tegund orku, t.d. hreyfiorku. „Geyma“ má stöðuorku svo sem þyngdarstöðuorku, fjöðrunarorku, efnaorku, kyrrstöðumassaorku eða raforku og leysa síðar úr læðingi.

Um stöðuorku hlutar í þyngdarsviði jarðar gildir:

þar sem m e massi hlutarins, g þyngdarhröðun jarðar og h hæð hlutarins frá núllpunkti. Hann má skilgreina eftir hentugleikum. Fyrir hlut sem fellur alla leið til jarðar er yfirborð jarðar eðlilegur núllpunktur. Fyrir vatn í fossi getur verið eðlilegra að skilgreina yfirborð hylsins sem fossinn fellur í sem núllpunkt; hreyfiorka vatnsins rétt áður en það fellur í hylinn jafngildir í góðri nálgun hreyfiorku þess á fossbrúninni plús stöðuorku þess þar, reiknað frá yfirborði hylsins. Í raunhæfum reikningum er "absolút" gildi stöðuorku yfirleitt aldrei gagnleg stærð, heldur mismunur stöðuorkugilda í tveimur punktum.