Потенциалдық энергия жүйенің бөлшектерінің өзара орналасуымен және олардың сыртқы күштік өрістегі орнына байланысты анықталады. Егер дене кеңістіктің әрбір нүктесінде басқа бір дененің күш әсеріне тап болатын болса және нүктеден нүктеге өзгеретін жағдайға түссе, онда ол денені күштер өрісінде тұр деп айта аламыз.
Дененің орнына ғана байланысты болатын күштер консервативті күштер деп аталады (мысалы, гравитациялық күш). Консервативті күші бар өрісті потенциялды деп атайды. Егер күш жұмысы дененің бір нүктеден екінші бір нүктеге орын ауыстыру траекториясына тәуелді болса ондай күштер диссипативті күштер деп аталады (мысалы, үйкеліс күші). Потенциалдық энергия ұғымы консервативті күштердің жұмысына байланысты енгізіледі. функциясының нақты түрі күш өрісінің сипатына тәуелді. Айталық, мысалы материалдық дене ауырлық күшінің біртекті өрісінде қозғалғанда, яғни дене бір деңгейден екінші деңгейге көтерілгенде жұмыс істеуі салдарынан потенциялдық энергиясы өзгереді. Массасы дене жер бетінен биіктікке көтерілген кезде істеген жұмысы потенциалдық энергияның өзгерісіне тең: . Толық жұмысты табу үшін жер бетінен, яғни ден биікткке дейін интегралдаймыз:
Ауырлық күші өрісінде істелген жұмыс жолдың формасына және ұзындығына байланысты емес, тек жолдың соңғы нүктесінің бастапқы нүктесіне қарағанда қаншама биік жатқандығына байланысты. Дененің потенциалдық энергиясы жер бетінен жоғары болса оң , ал төмен болса (шахтаның түбінде) теріс болады. Кинетикалық энергия әр уақытта оң болады.
Потенциялдық энергияның абсолют мәні өлшенбейді, бірақ әруақытта нақты тұрақты мәніне дейінгі дәлдікпен бағаланатынын түсіну өте маңызды. Мысал үшін серіппенің потенциялық энергиясын табайық. Гук заңы бойынша серпімділік күші деформацияға пропорционал: . Ньютонның үшінші заңы бойынша деформациялаушы күш серпімділік күшіне модулі жағынан тең, бағыты жағынан қарама-қарсы, яғни
.
Элементар деформацияланғанда күштің істейтін элементар жұмысы , ал толық жұмыс серппенің потенциялдық энергиясының өсуіне жұмсалады:
Тұйық механикалық жүйеде кинетикалық және потенциялдық энергиялардың қосындысы тұрақты шама болып қалады Мұндай жүйелер консервативті деп аталады.
Енді материалдық нүктелер жиынынан тұратын оңашаланған жүйені қарастырайық,оларға сыртқы және консервативті ішкі күштер әсер ететін. Материалдық нүктелер жүйесінің массалары , жылдамдықтары деп, ал осы материалдық нүктелердің әрқайсысына әсер ететін консервативті ішкі күштер, жүйеге әсер ететін сыртқы күштер деп алайық. Енді Ньютонның екінші заңына сүйене отырып, қозғалыс теңдеуін жазамыз:
Осы күштердің әсерінен жүйедегі нүктелер уақыт аралығында элементар ара қашықтыққа орын ауыстырсын. Теңдіктің екі жағын да осы көбейтіп, әрі ескерсек, онда:
Енді бұл теідеулерді қосатын болсақ:
бұдан бірінші қосылғыш жүйенің кинетикалық энергиясының өсімшесін береді:
ал екінші қосылғыш барлық күштердің жүйедегі денелерді элементар орын ауыстыру үшін істелген жұмысы, яғни теріс “-“ таңбалы потенциялық энергияның өсімшесіне тең:
яғни
бұдан жүйенің толық энергиясы:
Сонымен, тек консервативті күштер әсер еткенде ғана тұйық жүйенің толық энергиясы тұрақты болады, яғни уақыт өтуімен өзгермейді. Бұл тұжырымдалған қағида механикалық энергияның сақталу заңы деп аталады және механикалық негізгі заңдарының маңызы салдарының бірі болып табылады.
Энергияның сақталу заңы кез-келген инерциялды санақ жүйесінде орындалады және ол кеңістіктің симметриялық қасиетімен тығыз байланысты. Жүйеде әсер етуші күштер консервативті күштер болса ғана оңашаланған жүйе үшін механикалық энергияның сақталу заңы орындалады. Ал диссипативті күштер әсер етсе, онда кинетикалық және потенциялық энергияларының қосындысы тұрақты болмайды, бұл кезде энергия бір түрден екінші түрге ауысады, бірақ оның жалпы мөлшері өзгермейді.
Энергияның сақталу заңын кеңірек түсіну мынаны көрсетеді: энергия жоғалып кетпейді және жоқтан пайда болмайды, ол тек бір түрден екінші түрге ауысады және де энергияның бір түрі қаншаға кемісе, екінші түрі соншаға артады. Басқаша айтқанда, материя және қозғалыс біртұтас байланыста болады. Материясыз қозғалыс, қозғалыссыз материя болмайды. Қозғалыс – материяның өмір сүру формасы.
Достарыңызбен бөлісу: | 
