Përmbledhje e orës së mësimit “Energjia.Energjia potenciale dhe kinetike”. Energjia kinetike dhe potenciale

Energji potenciale quhet energjia e bashkëveprimit të trupave fizikë ose pjesëve të tyre me njëri-tjetrin. Ajo përcaktohet nga rregullimi i tyre i ndërsjellë, domethënë distanca midis tyre dhe është e barabartë me punën që duhet bërë për të lëvizur trupin nga pika e referencës në një pikë tjetër në fushën e forcave konservatore.

Energjia potenciale ka çdo trup fizik të palëvizshëm, të ngritur në njëfarë lartësie, pasi ndikohet nga graviteti, i cili është një forcë konservatore. Një energji e tillë zotërohet nga uji në buzë të një ujëvare, një sajë në majë të një mali.

Nga erdhi kjo energji? Ndërsa trupi fizik po ngrihej në një lartësi, u punua dhe u harxhua energji. Është kjo energji që ruhej në trupin e ngritur. Dhe tani kjo energji është gati për të bërë punë.

Vlera e energjisë potenciale të trupit përcaktohet nga lartësia në të cilën ndodhet trupi në lidhje me një nivel fillestar. Ne mund të marrim çdo pikë që zgjedhim si pikënisje.

Nëse marrim parasysh pozicionin e trupit në raport me Tokën, atëherë energjia potenciale e trupit në sipërfaqen e Tokës është zero. Dhe në krye h llogaritet me formulën:

E p \u003d mɡh,

ku m - masa trupore

ɡ - nxitimi i gravitetit

h– lartësia e qendrës së masës së trupit në raport me Tokën

ɡ \u003d 9,8 m/s 2

Kur një trup bie nga një lartësi h1 deri në lartësi h2 graviteti funksionon. Kjo punë është e barabartë me ndryshimin e energjisë potenciale dhe ka një vlerë negative, pasi madhësia e energjisë potenciale zvogëlohet me rënien e trupit.

A = - (E p2 – E p1) = - ∆ E p ,

ku E p1 është energjia potenciale e trupit në lartësi h1 ,

E p2 - energjia potenciale e një trupi në lartësi h2 .

Nëse trupi ngrihet në një lartësi të caktuar, atëherë punohet kundër forcave të gravitetit. Në këtë rast, ajo ka një vlerë pozitive. Dhe vlera e energjisë potenciale të trupit rritet.

Një trup i deformuar elastik (sustë i ngjeshur ose i shtrirë) gjithashtu ka energji potenciale. Vlera e saj varet nga ngurtësia e sustës dhe nga sa kohë është ngjeshur ose shtrirë, dhe përcaktohet nga formula:

E p \u003d k (∆x) 2 / 2,

ku k - koeficienti i ngurtësisë,

∆x- zgjatje ose tkurrje e trupit.

Energjia potenciale e pranverës mund të bëjë punë.

Energjia kinetike

Përkthyer nga greqishtja "kinema" do të thotë "lëvizje". Energjia që merr një trup fizik si rezultat i lëvizjes së tij quhet kinetike. Vlera e saj varet nga shpejtësia e lëvizjes.

Një top futbolli që rrotullohet nëpër fushë, një sajë që rrokulliset nga një mal dhe vazhdon të lëvizë, një shigjetë e gjuajtur nga një hark - të gjithë kanë energji kinetike.

Nëse një trup është në qetësi, energjia e tij kinetike është zero. Sapo një forcë ose disa forca të veprojnë në trup, ai do të fillojë të lëvizë. Dhe meqenëse trupi është duke lëvizur, forca që vepron mbi të funksionon. Puna e forcës, nën ndikimin e së cilës trupi nga prehja do të shkojë në lëvizje dhe do të ndryshojë shpejtësinë e tij nga zero në ν , quhet energjia kinetike masë trupore m .

Nëse, në momentin fillestar të kohës, trupi ishte tashmë në lëvizje dhe shpejtësia e tij kishte vlerën v 1 , dhe në fund ishte e barabartë me v 2 , atëherë puna e bërë nga forca ose forcat që veprojnë në trup do të jetë e barabartë me rritjen e energjisë kinetike të trupit.

∆E k = E k2 - E k1

Nëse drejtimi i forcës përkon me drejtimin e lëvizjes, atëherë bëhet punë pozitive dhe energjia kinetike e trupit rritet. Dhe nëse forca drejtohet në drejtim të kundërt me drejtimin e lëvizjes, atëherë bëhet punë negative dhe trupi lëshon energji kinetike.

1. Energjia potenciale - energji e përcaktuar nga rregullimi i ndërsjellë i trupave ose pjesëve individuale të trupit në raport me njëri-tjetrin.

Kur konfigurimi i një sistemi trupash ose grimcash të një trupi ndryshon në raport me njëri-tjetrin, duhet të punohet.

Hapësira, në secilën pikë të së cilës një forcë e caktuar vepron mbi trup, quhet fizike ose fushë force.

Prandaj, kur një trup lëviz pranë Tokës, thuhet se trupi lëviz brenda fushë e forcës gravitacionale tokë ose në fusha potenciale e tokës. Energjia potenciale e gravitetit është e barabartë me rrymat (djersë W). = mgh,

h është distanca midis trupit dhe Tokës.

Në një pranverë të shtrirë (ose të ngjeshur), një forcë elastike vepron në secilën prej pikave të saj, në këtë rast mund të flasim për fushë elastike potenciale. Energjia potenciale e elasticitetit është e barabartë me (W djersën) p.sh. \u003d (kl 2) / 2, l është gjatësia e sustës së shtrirë, duke numëruar x nga pozicioni i ekuilibrit.

Kur ndani forcat që veprojnë në trup në të jashtme dhe të brendshme, forca gravitacionale e konsideruar në shembujt (në sistemin "trup - tokë") dhe forca elastike e sustës së shtrirë (të ngjeshur) mund t'i atribuohen forcave të brendshme. Prandaj, pohimi është i vërtetë se çdo konfigurim i një sistemi arbitrar të grimcave ka energjinë e vet potenciale, dhe puna e të gjitha forcave të brendshme potenciale, që çojnë në një ndryshim në këtë konfigurim, është e barabartë me rritjen (humbjen) e energjisë potenciale të sistemit, marrë me një shenjë minus.

Koncepti i energjisë potenciale është një koncept kolektiv. Ai përfshin konceptet e llojeve të energjisë që janë krejtësisht të ndryshme në thelbin e tyre fizik dhe kanë disa tipare të përbashkëta formale. Le ta vendosim këtë veçori.
Le të kombinojmë formulat për punën dhe energjinë, duke kuptuar energjinë e trupit si energji kinetike, d.m.th., duke supozuar se Еk = mv^2/2. Ne kemi barazi

Supozoni se trupi është në një fushë të caktuar forcash, d.m.th., secila pikë në hapësirë ​​korrespondon me një forcë F, e cila është një funksion i koordinatave të pozicionit të trupit: F=F(x,y,z). Le të supozojmë se çdo pikë në hapësirë ​​korrespondon me vlerën e energjisë potenciale, e cila është gjithashtu funksion i koordinatave U(x,y,z) dhe që karakterizon fushën e caktuar të forcave F(x,y,z). Atëherë lëvizja e trupit në fushën e forcave do t'i bindet ligjit të ruajtjes së energjisë:

Nëse gjatë lëvizjes trupi lëvizi nga pika 1 (x 1, y 1, z 1) në pikën 2 (x 2, y 2, z 2), atëherë i njëjti ligj i ruajtjes së energjisë mund të përfaqësohet me formulën e mëposhtme:

Energjia në fillim të lëvizjes është e barabartë me energjinë në fund të lëvizjes. Ose, pasi kemi rigrupuar anëtarët e ekuacionit, ne shkruajmë të njëjtin ligj në formë

Duke krahasuar këto formula, mund të shkruajmë:

Kjo shprehje është përkufizimi i energjisë potenciale të trupit në fushën e forcave. Ai thotë: nëse fusha e forcave lejon futjen e energjisë potenciale, atëherë rritja e saj gjatë kalimit të trupit nga një pikë në tjetrën është e barabartë me punën e forcës me shenjë të kundërt gjatë këtij kalimi.
Vini re se në fizikë energjia potenciale përcaktohet deri në konstantën e shtuar. Nëse U është një energji potenciale, atëherë U = U + c gjithashtu duhet të konsiderohet si një energji potenciale, pasi rritja e tyre është e barabartë:

Kjo paqartësi në përkufizimin e energjisë potenciale në praktikë shprehet në faktin se zeroja e energjisë potenciale zgjidhet në një vend arbitrar.
Le të kthehemi te përkufizimi i energjisë potenciale (2.60). Prej tij mund të shihet se nuk është e mundur të futet energji potenciale për asnjë fushë forcash. Në fund të fundit, trupi mund të lëvizë nga pika e parë në të dytën përgjatë trajektoreve të ndryshme
(fig. 2.9).

Përkufizimi do të jetë konsistent vetëm nëse integrali në të djathtë në (2.60) është i njëjtë për çdo tranzicion. Pikërisht këtu zbulohet shenja formale e forcave, e cila na lejon të prezantojmë konceptin e energjisë potenciale dhe që u diskutua në fillim të paragrafit. Energjia potenciale mund të futet vetëm në një fushë të tillë forcash, në të cilën puna e forcës ndërmjet dy pikave nuk varet nga forma e shtegut.
Forcat, puna e të cilave ndërmjet dy pozicioneve të trupit nuk varet nga forma e shtegut quhen konservatore. Kështu, energjia potenciale mund të futet vetëm për forcat konservatore. Le të japim shembuj të forcave jokonservatore dhe konservatore. Të gjitha forcat e fërkimit janë jokonservatore (forcat e fërkimit quhen shpërhapëse, nga fjala "disipation", që do të thotë "shpërndarje" e energjisë në mjedis). Është mjaft e qartë se puna e forcës së fërkimit varet nga forma e shtegut, sepse varet gjithmonë nga gjatësia e rrugës. Puna e bërë nga forca e gravitetit nuk varet nga forma e shtegut, dhe për këtë arsye fusha e gravitetit është fusha e një force konservatore. Le ta vërtetojmë. Lëreni trupin të lëvizë nga pika 1 në pikën 2 nën veprimin e gravitetit.Të gjejmë punën për lëvizjen e tij me dl.

Nga fig. 2.10 rrjedh se puna në këtë trajektore

Prandaj, puna e gravitetit përcaktohet vetëm nga pozicioni i pikave fillestare dhe përfundimtare të trajektores përgjatë boshtit vertikal:

Ajo, siç e shohim, nuk varet nga forma e shtegut. Energjia potenciale në fushën gravitacionale përcaktohet nga barazia U 2 -U 1 \u003d mgz 2 -mgz 1, prandaj, U=mgz.
Forcat konservatore përfshijnë forcat elastike, forcat gravitacionale. Le të ndalemi më në detaje në forcat e gravitetit dhe të llogarisim energjinë potenciale për to.

Forca gravitacionale i përket klasës së atyre qendrore. Në fushën gravitacionale të Tokës ekziston një qendër forcash që përkon me qendrën e Tokës; dhe të cilit i drejtohet forca gravitacionale. Le të shqyrtojmë një zhvendosje elementare arbitrare d të satelitit të Tokës në fushën gravitacionale. Ai gjithmonë mund të zbërthehet në dy komponentë d r dhe dl, siç është bërë në fig. 2.11. d lr drejtohet përgjatë vektorit të rrezes, dl është pingul me të.

Prandaj, puna elementare e forcës gravitacionale mund të përfaqësohet si më poshtë:

Sepse

Vektori d r drejtohet kundër vektorit të forcës F, dhe numerikisht është i barabartë me dr - rritja e distancës nga sateliti në qendrën e Tokës. Kështu që .
Kështu, puna e forcës gravitacionale në seksionin përfundimtar të trajektores së satelitit 1-2 llogaritet me formulën

Siç mund ta shihni, puna përcaktohet vetëm nga distanca nga sateliti në qendrën e forcave në fillim (r 1) dhe në fund (r 2) të seksionit të lëvizjes, d.m.th., nuk varet nga forma. të rrugës. Prandaj, në shembullin në shqyrtim, mund të prezantojmë energjinë potenciale. Ndryshimi i tij është i barabartë me punën e gravitetit me një shenjë minus. Nga këtu

Konstanta zgjidhet sipas vendit ku ndodhet pika e referencës së energjisë potenciale. Në këtë problem, është e përshtatshme të merret si zero energjia potenciale e trupit, e cila është në pafundësi. U = 0 për r, pra konst = 0.

Pastaj

Pra, energjia potenciale e një trupi në një fushë gravitacionale zvogëlohet në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën nga qendra e forcave dhe ka një shenjë negative.
Llojet mekanike të energjisë përfshijnë dy lloje: kinetike dhe potenciale, megjithëse energjia potenciale mund të ketë një natyrë të ndryshme. Është e mundur të gjenden raste të lëvizjes kur energjia mekanike nuk kalon në lloje të tjera të energjisë, në veçanti, në energjinë e brendshme të trupit. Si rregull, këto raste shoqërohen me një rol të papërfillshëm të fërkimit të një lloji ose një tjetër. Në këto raste, mund të flasim për ligjin e ruajtjes së energjisë mekanike. Kur ruhet energjia mekanike, vërehet ose kalimi i energjisë nga forma kinetike në atë potenciale dhe anasjelltas, ose kalimi i energjisë mekanike nga një trup në tjetrin. Për shembull, kur një trup lëviz në një fushë gravitacionale ose në një fushë gravitacionale, vërehet vetëm kalimi i një forme mekanike të energjisë në një tjetër, ndërsa në rastin e përplasjes elastike të trupave, ka edhe një kalim të energjisë nga forma kinetike në energjinë potenciale të deformimeve elastike (si dhe kalimin e kundërt), dhe transferimin e energjisë nga një trup përplasës në tjetrin. Në terma të përgjithshëm, ligji i ruajtjes së energjisë mekanike për një sistem trupash shkruhet si:

Shuma e formave mekanike të energjisë së një sistemi të mbyllur konservator mbetet konstante me kalimin e kohës. Në të njëjtën kohë, duhet mbajtur mend gjithmonë se ligji i ruajtjes së energjisë mekanike respektohet vetëm me kusht që energjia mekanike të mos transferohet në lloje të tjera të energjisë, të cilat, në veçanti, fërkimi në sistem është i parëndësishëm dhe mund të jetë i lënë pas dore.
Siç u përmend tashmë, sistemet në të cilat plotësohet ky kusht quhen konservatore. Në këtë drejtim, ligji i ruajtjes së energjisë në mekanikë ndryshon nga ligji i ruajtjes së momentit: momenti ruhet gjithmonë në sistemet e mbyllura, ndërsa energjia mekanike nuk është gjithmonë, por vetëm në sistemet konservatore.

Si shembull i zbatimit të ligjit të ruajtjes së energjisë në mekanikë, le të shqyrtojmë problemin e përcaktimit të shpejtësisë së dytë kozmike. Shpejtësia e dytë kozmike është shpejtësia minimale e një trupi të lëshuar nga Toka në hapësirë, me të cilën ai shkëputet nga fusha gravitacionale e Tokës. Një trup i tillë në pafundësi (d.m.th., shumë larg nga Toka) humbet plotësisht shpejtësinë. Le të shkruajmë ligjin e ruajtjes së energjisë mekanike (supozohet se trupi është hedhur jashtë shtresave të dendura të atmosferës, ku rezistenca tashmë mund të neglizhohet).

Const shpreh energjinë totale të trupit. Le ta gjejmë atë nga kushti për energjinë e trupit në pafundësi. Në pafundësi, energjitë potenciale dhe kinetike duhet të zhduken. Rrjedhimisht, Сonst = 0, dhe ligji i ruajtjes së energjisë do të marrë formën

Le të caktojmë shpejtësinë e dytë kozmike përmes v 0. Trupi e merr atë pranë sipërfaqes së Tokës kur r është i barabartë me rrezen e Tokës R. Prandaj,

Pranë sipërfaqes së Tokës, forca e rëndesës është e barabartë me forcën e rëndesës së trupit, d.m.th.

Duke i zëvendësuar këto shprehje në ESE, marrim shprehjen për shpejtësinë e dytë kozmike në formë

Energjia potenciale quhet energji, e cila përcaktohet nga pozicioni i ndërsjellë i trupave që ndërveprojnë ose pjesëve të të njëjtit trup.

Energjia potenciale, për shembull, ka një trup të ngritur mbi Tokë, sepse energjia e trupit varet nga pozicioni relativ i tij dhe i Tokës dhe tërheqja e tyre reciproke. Energjia potenciale e një trupi të shtrirë në Tokë është e barabartë me zero. Dhe energjia potenciale e këtij trupi, e ngritur në një lartësi të caktuar, do të përcaktohet nga puna që do të bëjë graviteti kur trupi të bjerë në Tokë. Uji i lumit që mbahet nga diga ka një energji të madhe potenciale. Duke u rrëzuar, funksionon, duke vënë në lëvizje turbinat e fuqishme të termocentraleve.

Energjia potenciale e trupit shënohet me simbolin E p.

Meqenëse E p \u003d A, atëherë

E p =Fh

E f= gmh

E f- energji potenciale; g– nxitimi i rënies së lirë i barabartë me 9,8 N/kg; m- masa trupore, hështë lartësia në të cilën është ngritur trupi.

Energjia kinetike është energjia që zotëron një trup për shkak të lëvizjes së tij.

Energjia kinetike e një trupi varet nga shpejtësia dhe masa e tij. Për shembull, sa më e madhe të jetë shpejtësia e rënies së ujit në lumë dhe sa më e madhe të jetë masa e këtij uji, aq më të forta do të rrotullohen turbinat e termocentraleve.

mv 2
E k = --
2

E k- energjia kinetike; m- masa trupore; vështë shpejtësia e trupit.

Në natyrë, teknologji, jetën e përditshme, një lloj energjie mekanike zakonisht shndërrohet në një tjetër: potenciali në kinetik dhe kinetik në potencial.

Për shembull, kur uji bie nga një digë, energjia e tij potenciale shndërrohet në energji kinetike. Në një lavjerrës lëkundës, periodikisht këto lloje të energjisë kalojnë në njëra-tjetrën.

Nëse një trup me një masë m lëvizte nën veprimin e forcave të aplikuara dhe shpejtësia e tij ndryshoi nga përpara se forcat të bënin një sasi të caktuar pune A.

Puna e të gjitha forcave të aplikuara është e barabartë me punën e forcës rezultante(shih fig. 1.19.1).

Ekziston një lidhje midis ndryshimit të shpejtësisë së një trupi dhe punës së bërë nga forcat e aplikuara në trup. Kjo marrëdhënie është më e lehtë për t'u vendosur duke marrë parasysh lëvizjen e një trupi përgjatë një vije të drejtë nën veprimin e një force konstante.Në këtë rast, vektorët e forcës së zhvendosjes së shpejtësisë dhe nxitimit janë të drejtuar përgjatë një vije të drejtë, dhe trupi kryen një lëvizje drejtvizore të përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme. Duke e drejtuar boshtin e koordinatave përgjatë vijës së drejtë të lëvizjes, ne mund të konsiderojmë F, s, ju dhe a si madhësi algjebrike (pozitive ose negative në varësi të drejtimit të vektorit përkatës). Atëherë puna e bërë nga forca mund të shkruhet si A = fs. Në lëvizje të përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme, zhvendosja s shprehet me formulën

Prandaj rrjedh se

Kjo shprehje tregon se puna e bërë nga forca (ose rezultanta e të gjitha forcave) shoqërohet me një ndryshim në katrorin e shpejtësisë (dhe jo vetë shpejtësinë).

Quhet një sasi fizike e barabartë me gjysmën e produktit të masës së trupit dhe katrorit të shpejtësisë së tij energjia kinetike Trupat:

Puna e forcës rezultante të aplikuar në trup është e barabartë me ndryshimin e energjisë kinetike të tij dhe shprehet Teorema e energjisë kinetike:

Teorema e energjisë kinetike vlen edhe në rastin e përgjithshëm kur trupi lëviz nën veprimin e një force që ndryshon, drejtimi i së cilës nuk përputhet me drejtimin e lëvizjes.

Energjia kinetike është energjia e lëvizjes. Energjia kinetike e një trupi me masë m lëvizja me një shpejtësi është e barabartë me punën që duhet bërë nga forca e aplikuar në një trup në qetësi për t'i treguar atij këtë shpejtësi:

Nëse trupi lëviz me një shpejtësi, atëherë për ta ndaluar plotësisht, duhet të punohet

Në fizikë, së bashku me energjinë kinetike ose energjinë e lëvizjes, koncepti luan një rol të rëndësishëm energji potenciale ose energjitë e ndërveprimit të trupave.

Energjia e mundshme përcaktohet nga pozicioni i ndërsjellë i trupave (për shembull, pozicioni i trupit në lidhje me sipërfaqen e Tokës). Koncepti i energjisë potenciale mund të prezantohet vetëm për forcat, puna e të cilave nuk varet nga trajektorja e lëvizjes dhe përcaktohet vetëm nga pozicionet fillestare dhe përfundimtare të trupit. Forca të tilla quhen konservatore .

Puna e forcave konservatore në një trajektore të mbyllur është zero. Kjo deklaratë është ilustruar në Fig. 1.19.2.

Vetia e konservatorizmit zotërohet nga forca e gravitetit dhe forca e elasticitetit. Për këto forca, ne mund të prezantojmë konceptin e energjisë potenciale.

Nëse një trup lëviz pranë sipërfaqes së Tokës, atëherë ai ndikohet nga një forcë e gravitetit që është konstante në madhësi dhe drejtim. Puna e kësaj force varet vetëm nga zhvendosja vertikale e trupit. Në çdo pjesë të shtegut, puna e gravitetit mund të shkruhet në projeksione të vektorit të zhvendosjes në bosht OY duke u drejtuar vertikalisht lart:

Δ A = F t Δ s cosα = - mgΔ s y,

ku F t = F T y = -mg- projeksioni i gravitetit, Δ sy- projeksioni i vektorit të zhvendosjes. Kur një trup ngrihet lart, graviteti bën punë negative, pasi Δ sy> 0. Nëse trupi ka lëvizur nga një pikë e vendosur në lartësi h 1, në një pikë të vendosur në një lartësi h 2 nga origjina e boshtit koordinativ OY(Fig. 1.19.3), atëherë graviteti ka bërë punë

Kjo punë është e barabartë me një ndryshim në një sasi fizike mgh marrë me shenjën e kundërt. Kjo sasi fizike quhet energji potenciale trupat në fushën e gravitetit

Është e barabartë me punën e bërë nga graviteti kur trupi ulet në nivelin zero.

Puna e gravitetit është e barabartë me ndryshimin e energjisë potenciale të trupit, marrë me shenjën e kundërt.

Energji potenciale E p varet nga zgjedhja e nivelit zero, pra nga zgjedhja e origjinës së boshtit OY. Nuk është vetë energjia potenciale ajo që ka kuptim fizik, por ndryshimi i saj Δ E p = E p2 - E p1 kur lëvizni trupin nga një pozicion në tjetrin. Ky ndryshim nuk varet nga zgjedhja e nivelit zero.

pamje nga ekrani kërkim me rikthimin e topit nga trotuari

Nëse marrim parasysh lëvizjen e trupave në fushën gravitacionale të Tokës në distanca të konsiderueshme prej saj, atëherë kur përcaktohet energjia potenciale, është e nevojshme të merret parasysh varësia e forcës gravitacionale nga distanca në qendrën e Tokës ( ligji i gravitetit). Për forcat e gravitetit universal, është e përshtatshme të numërohet energjia potenciale nga një pikë pafundësisht e largët, d.m.th., të supozohet se energjia potenciale e një trupi në një pikë pafundësisht të largët është e barabartë me zero. Formula që shpreh energjinë potenciale të një trupi me masë m në distancë r nga qendra e tokës, duket kështu:

ku Mështë masa e tokës, Gështë konstanta e gravitetit.

Koncepti i energjisë potenciale mund të prezantohet edhe për forcën elastike. Kjo forcë ka edhe vetinë e të qenit konservatore. Duke e shtrirë (ose ngjeshur) një sustë, ne mund ta bëjmë këtë në mënyra të ndryshme.

Ju thjesht mund të zgjasni pranverën me një sasi x, ose së pari zgjaseni me 2 x, dhe më pas zvogëloni zgjatjen në një vlerë x etj Në të gjitha këto raste, forca elastike bën të njëjtën punë, e cila varet vetëm nga zgjatja e sustës. x në gjendjen përfundimtare nëse susta nuk ishte deformuar fillimisht. Kjo punë është e barabartë me punën e forcës së jashtme A, marrë me shenjën e kundërt (shih 1.18):

ku k- ngurtësi e pranverës. Një susta e shtrirë (ose e ngjeshur) është në gjendje të vërë në lëvizje një trup të lidhur me të, d.m.th., t'i japë energji kinetike këtij trupi. Prandaj, një burim i tillë ka një rezervë energjie. Energjia potenciale e një sustë (ose e çdo trupi të deformuar elastikisht) është sasia

Energjia potenciale e një trupi të deformuar elastikisht është e barabartë me punën e forcës elastike gjatë kalimit nga një gjendje e caktuar në një gjendje me deformim zero.

Nëse në gjendjen fillestare susta ishte tashmë e deformuar, dhe zgjatja e saj ishte e barabartë me x 1, pastaj me kalimin në një gjendje të re me zgjatim x 2, forca elastike do të bëjë punë të barabartë me ndryshimin e energjisë potenciale, marrë me shenjën e kundërt:

Energjia potenciale gjatë deformimit elastik është energjia e bashkëveprimit të pjesëve individuale të trupit me njëra-tjetrën përmes forcave elastike.

Së bashku me forcën e gravitetit dhe forcën e elasticitetit, disa lloje të tjera forcash kanë vetinë e konservatorizmit, për shembull, forca e bashkëveprimit elektrostatik midis trupave të ngarkuar. Forca e fërkimit nuk e ka këtë veti. Puna e forcës së fërkimit varet nga distanca e përshkuar. Koncepti i energjisë potenciale për forcën e fërkimit nuk mund të prezantohet.

Një nga karakteristikat e çdo sistemi është energjia e tij kinetike dhe potenciale. Nëse ndonjë forcë F ushtron një veprim mbi një trup në prehje në mënyrë të tillë që ky i fundit të fillojë të lëvizë, atëherë kryhet puna dA. Në këtë rast, vlera e energjisë kinetike dT bëhet sa më e lartë, aq më shumë punë bëhet. Me fjalë të tjera, mund të shkruajmë barazinë:

Duke marrë parasysh rrugën dR të përshkuar nga trupi dhe shpejtësinë e zhvilluar dV, do të përdorim të dytën për forcën:

Një pikë e rëndësishme: ky ligj mund të përdoret nëse merret një kornizë inerciale e referencës. Zgjedhja e sistemit ndikon në vlerën e energjisë. Në nivel ndërkombëtar, energjia matet në joules (J).

Nga kjo rrjedh se një grimcë ose trup, e karakterizuar nga shpejtësia e lëvizjes V dhe masa m, do të jetë:

T = ((V * V) * m) / 2

Mund të konkludohet se energjia kinetike përcaktohet nga shpejtësia dhe masa, në fakt, duke përfaqësuar një funksion të lëvizjes.

Energjia kinetike dhe potenciale ju lejojnë të përshkruani gjendjen e trupit. Nëse e para, siç është përmendur tashmë, lidhet drejtpërdrejt me lëvizjen, atëherë e dyta zbatohet në një sistem trupash ndërveprues. Kinetike dhe zakonisht konsiderohen si shembuj kur forca që lidh trupat nuk varet nga. Në këtë rast, vetëm pozicionet fillestare dhe përfundimtare janë të rëndësishme. Shembulli më i famshëm është ndërveprimi gravitacional. Por nëse trajektorja është gjithashtu e rëndësishme, atëherë forca është disipative (fërkimi).

Me fjalë të thjeshta, energjia potenciale është aftësia për të bërë punë. Prandaj, kjo energji mund të konsiderohet si puna që duhet bërë për të lëvizur trupin nga një pikë në tjetrën. Kjo eshte:

Nëse energjia potenciale shënohet si dP, atëherë marrim:

Një vlerë negative tregon se puna po kryhet duke ulur dP. Për funksionin e njohur dP, është e mundur të përcaktohet jo vetëm moduli i forcës F, por edhe vektori i drejtimit të tij.

Një ndryshim në energjinë kinetike shoqërohet gjithmonë me energjinë potenciale. Kjo është e lehtë për t'u kuptuar nëse i mbani mend sistemet. Vlera totale e T + dP gjatë lëvizjes së trupit mbetet gjithmonë e pandryshuar. Kështu, ndryshimi në T ndodh gjithmonë paralelisht me ndryshimin në dP, ato duket se rrjedhin në njëra-tjetrën, duke u transformuar.

Meqenëse energjia kinetike dhe ajo potenciale janë të ndërlidhura, shuma e tyre është energjia totale e sistemit në shqyrtim. Në lidhje me molekulat, ajo është dhe është gjithmonë e pranishme, për sa kohë që ka të paktën lëvizje termike dhe ndërveprim.

Gjatë kryerjes së llogaritjeve, zgjidhet një sistem referimi dhe çdo moment arbitrar i marrë si fillestar. Është e mundur të përcaktohet me saktësi vlera e energjisë potenciale vetëm në zonën e veprimit të forcave të tilla, të cilat gjatë kryerjes së punës nuk varen nga trajektorja e lëvizjes së ndonjë grimce ose trupi. Në fizikë, forca të tilla quhen konservatore. Ato janë gjithmonë të ndërlidhura me ligjin e ruajtjes së energjisë totale.

Një pikë interesante: në një situatë ku ndikimet e jashtme janë minimale ose të niveluara, çdo sistem në studim priret gjithmonë në një gjendje të tillë kur energjia e tij potenciale priret në zero. Për shembull, një top i hedhur lart arrin kufirin e energjisë së tij potenciale në majë të trajektores, por në të njëjtin moment ai fillon të lëvizë poshtë, duke e kthyer energjinë e grumbulluar në lëvizje, në punë të kryer. Vlen të kushtohet vëmendje edhe një herë se për energjinë potenciale ekziston gjithmonë një ndërveprim i të paktën dy trupave: për shembull, në shembullin me topin, graviteti i planetit ndikon në të. Energjia kinetike mund të llogaritet individualisht për çdo trup në lëvizje.