Geopotentiaali

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Geopotentiaali on Maan painovoimakentän potentiaali.

Painovoima, joka on pyörivän Maan pinnalla vallitseva gravitaation ja Maan pyörähdysliikkeen yhteisvaikutelma, on konservatiivinen voimakenttä. Tämä merkitsee sitä, että kentässä liikkuva koemassa ei suorita eikä siihen suoriteta työtä, kun se liikkuu suljetun polun ympärillä.

Konservatiivista voimakenttää voidaan kuvata potentiaalin gradienttina: voima per massayksikkö, painovoiman tapauksessa sama kuin vapaan putoamisen kiihtyvyys, on potentiaalin paikan derivaatta. Potentiaali kuvaa yksikkömassan saavuttamaa energiatasoa, kun se on siirrety tarkasteltavana olevaan paikkaan sovitusta lähtöpisteestä.

Pisteen absoluuttinen potentiaali ei ole suoraan mitattavissa, mutta pisteiden väliset potentiaalierot kyllä, tarkkavaaituksen avulla. Potentiaalin lähtö- eli datumpisteeksi valitaan yleensä keskimerenpinta, esimerkiksi Suomen N60-korkeusjärjestelmä käyttää v. 1960 alun keskimerenpinta Helsingin satamassa lähtötasonaan. N60-järjestelmän metriset korkeudet johdetaan itse asiassa geopotentiaaliluvuista, joita lasketaan keskimerenpinnasta ylöspäin.

Avaruudessa geopotentiaali merkitsee taas inertiaalijärjestelmässä gravitaatiokentän potentiaali, jonka gradientti on vetovoima. Tämä potentiaali on nolla äärettömyydessä. Fysikaalisen määritelmän mukaan se on negatiivinen maapallon läheisyydessä. Geodesiassa se kuitenkin määritetään päinvastaisella etumerkillä, jolloin se on Maan läheisyydessä positiivinen.

Geopotentiaalin yksikkö on \rm m^2 s^{-2}. Intuitiivisempi yksikkö on geopotentiaaliyksikkö, GPU (Geopotential Unit), joka on 10\  \rm  m^2 s^{-2} ja vastaa lähestulkoon metrin korkeuseroa, koska geopotentiaalin pystygradientti eli painovoima Maan pinnalla on noin 9{,}8\ \rm m s^{-2}.