Одной из характеристик любой системы является ее energia kinetyczna i potencjalna. Jeśli jakakolwiek siła F wywiera wpływ na ciało w spoczynku w taki sposób, że ciało to wprawia w ruch, wówczas następuje praca dA. W takim przypadku wartość energii kinetycznej dT staje się wyższa, im więcej pracy zostanie ukończone. Innymi słowy, możemy napisać równość:
dA = dT
Biorąc pod uwagę drogę dR pokonywaną przez ciało oraz rozwiniętą prędkość dV, wykorzystamy drugie prawo siły Newtona:
F = (dV / dt) * m
Ważny punkt:prawo to może być użyte, jeśli przyjmiemy inercyjny układ odniesienia. Wybór systemu wpływa na wartość energetyczną. W międzynarodowym systemie SI energię mierzy się w dżulach (J).
Stąd wynika, że energia kinetyczna cząstki lub ciała, charakteryzująca się prędkością ruchu V i masą m, będzie wynosić:
T = ((V * V) * m) / 2
Można wywnioskować, że energia kinetyczna jest determinowana przez prędkość i masę, będąc w rzeczywistości funkcją ruchu.
Pozwalają na to energie kinetyczne i potencjalneopisać stan ciała. Jeśli pierwsza, jak już wspomniano, jest bezpośrednio związana z ruchem, to druga odnosi się do układu oddziałujących na siebie ciał. Energie kinetyczne i potencjalne są zwykle rozważane jako przykłady, gdy siła łącząca ciała nie zależy od trajektorii ruchu. W takim przypadku ważne są tylko pozycje początkowe i końcowe. Najbardziej znanym przykładem jest oddziaływanie grawitacyjne. Ale jeśli trajektoria jest również ważna, siła jest rozpraszająca (tarcie).
W uproszczeniu energia potencjalnastanowi okazję do wykonania pracy. W związku z tym energię tę można uznać za pracę, którą należy wykonać, aby przenieść ciało z jednego punktu do drugiego. To jest:
dA = A * dR
Jeżeli energię potencjalną oznaczymy jako dP, to otrzymujemy:
dA = - dP
Wartość ujemna wskazuje, że praca jest wykonywana z powodu spadku dP. Dla znanej funkcji dP można wyznaczyć nie tylko moduł siły F, ale także wektor jej kierunku.
Zmiana energii kinetycznej jest zawsze związana zpotencjał. Łatwo to zrozumieć, jeśli przypomnimy sobie prawo zachowania energii systemu. Całkowita wartość T + dP podczas poruszania ciałem zawsze pozostaje niezmieniona. Tak więc zmiana T zawsze zachodzi równolegle ze zmianą dP, wydają się one płynąć w siebie, przekształcając się.
Ponieważ energia kinetyczna i potencjalnasą ze sobą powiązane, ich suma reprezentuje całkowitą energię rozważanego systemu. W odniesieniu do cząsteczek jest to energia wewnętrzna i jest zawsze obecna, dopóki występuje przynajmniej ruch termiczny i oddziaływanie.
Podczas wykonywania obliczeń system jest wybieranyliczenie i dowolny dowolny moment przyjęty jako początkowy. Możliwe jest dokładne określenie wartości energii potencjalnej tylko w strefie działania takich sił, które podczas wykonywania pracy nie zależą od trajektorii ruchu żadnej cząstki lub ciała. W fizyce takie siły nazywane są konserwatywnymi. Są one zawsze powiązane z prawem zachowania całkowitej energii.
Ciekawy punkt:w sytuacji, gdy wpływy zewnętrzne są minimalne lub wyrównane, każdy badany układ zawsze dąży do takiego stanu, gdy jego energia potencjalna dąży do zera. Na przykład rzucona piłka osiąga granicę swojej energii potencjalnej na szczycie trajektorii, ale w tym samym momencie zaczyna poruszać się w dół, zamieniając nagromadzoną energię w ruch, w wykonywaną pracę. Warto jeszcze raz zauważyć, że dla energii potencjalnej zawsze zachodzi oddziaływanie co najmniej dwóch ciał: na przykład w przykładzie z kulą wpływa na nią grawitacja planety. Energię kinetyczną można obliczyć indywidualnie dla każdego poruszającego się ciała.
