Jednou z charakteristík každého systému je jehokinetická a potenciálna energia. Ak akákoľvek sila F pôsobí na telo v pokoji takým spôsobom, že sa telo uvedie do pohybu, potom sa uskutoční práca dA. V tomto prípade sa hodnota kinetickej energie dT zvyšuje, čím viac práce je dokončené. Inými slovami, rovnosť môžeme napísať:
dA = dT
Vzhľadom na cestu dR, ktorú telo prešlo, a na vyvinutú rýchlosť dV, používame Newtonov druhý zákon o sile:
F = (dV / dt) * m
Dôležitý bod:Tento zákon sa môže použiť, ak sa použije inerciálny referenčný systém. Výber systému ovplyvňuje hodnotu energie. V medzinárodnom systéme SI sa energia meria v jouloch (j).
Z toho vyplýva, že kinetická energia častice alebo telesa, charakterizovaná rýchlosťou pohybu V a hmotnosťou m, bude:
T = ((V * V) * m) / 2
Možno konštatovať, že kinetická energia je určená rýchlosťou a hmotnosťou, ktorá v skutočnosti predstavuje funkciu pohybu.
Kinetická a potenciálna energia to umožňujúopíšte stav tela. Ak sa prvý, ako už bolo povedané, priamo týka pohybu, druhý sa aplikuje na systém vzájomne pôsobiacich telies. Kinetická a potenciálna energia sa zvyčajne zvažujú napríklad vtedy, keď sila spájajúca telá nezávisí od trajektórie pohybu. V tomto prípade sú dôležité iba počiatočné a konečné pozície. Najznámejším príkladom je gravitačná interakcia. Ak je však trajektória dôležitá, sila je disipatívna (trenie).
Jednoducho povedané, potenciálna energiaje príležitosť na prácu. Preto sa táto energia môže považovať za formu práce, ktorá sa musí urobiť, aby sa telo presunulo z jedného bodu do druhého. To znamená:
dA = A * dR
Ak je potenciálna energia označená ako dP, dostaneme:
dA = - dP
Záporná hodnota znamená, že úloha je spôsobená poklesom dP. Pre dobre známu funkciu dP je možné určiť nielen modul sily F, ale aj vektor jeho smeru.
Zmena kinetickej energie je vždy spojenápotenciál. To je ľahké pochopiť, ak si pripomenieme zákon o zachovaní energie systému. Celková hodnota T + dP pri pohybe tela zostáva vždy nezmenená. Teda k zmene T dochádza vždy paralelne so zmenou dP, akoby sa navzájom pretekali a transformovali sa.
Od kinetickej a potenciálnej energieich súčet predstavuje celkovú energiu daného systému. Vo vzťahu k molekulám je to vnútorná energia a je vždy prítomná, pokiaľ existuje aspoň tepelný pohyb a interakcia.
Pri výpočtoch sa vyberie systémreferenčný bod a akýkoľvek svojvoľný okamih považovaný za počiatočný. Presne stanovte hodnotu potenciálnej energie je možná iba v zóne pôsobenia takých síl, ktoré pri dokončení práce nezávisia od trajektórie pohybu akejkoľvek častice alebo telesa. Vo fyzike sa také sily nazývajú konzervatívnymi. Vždy sú prepojené so zákonom o zachovaní plnej energie.
Zaujímavý bod:v situácii, keď sú vonkajšie vplyvy minimálne alebo vyrovnané, akýkoľvek študovaný systém má vždy tendenciu k takémuto stavu, keď jeho potenciálna energia má sklon k nule. Napríklad hodená guľa dosiahne hranicu svojej potenciálnej energie v hornej časti trajektórie, ale v rovnakom okamihu sa začne pohybovať nadol, premieňajúca akumulovanú energiu na pohyb, na vykonávanú prácu. Opäť je potrebné venovať pozornosť tomu, že vždy existujú minimálne dve telá, ktoré pôsobia na potenciálnu energiu: napríklad v príklade s loptou ju ovplyvňuje gravitácia planéty. Kinetickú energiu je možné vypočítať individuálne pre každé pohybujúce sa telo.
