Lai izlasītu šo fiztēmu, ir jāpaveic darbs, bet lai paveiktu darbu, ir vajadzīga enerģija! Arī, piemēram, pirms ejam uz skolu vai darbu mēs kaut ko iekožam/ieēdam. Tātad, enerģiju var definēt kā fizikālas sistēmas spēju veikt darbu. Padarītais darbs ir vienāds ar enerģijas izmaiņu, kas nepieciešama darba veikšanai, tādēļ gan darbam, gan enerģijai ir viena un tā pati mērvienība - džouls (J). Piemēram, ja 1 N lielu spēku pārvieto kasti par 1 m, tad ir padarīt 1 J liels darbs un līdz ar to patērēta 1 J liela enerģija (1.att.).
Enerģija var izpausties divās formās:
1) Kinētiskā enerģija;
2) Potenciālā enerģija.
1. att. Vienu džoulu liela darba padarīšana izmantojot 1 J enerģijas
Kinētiskā enerģija jeb kustības enerģija piemīt kustībā esošam ķermenim, piemēram, braucošai automašīnai (2. att). Kinētisko enerģiju aprēķina, izmantojot izteiksmi Ek=mv2/2, kur
m - ķermeņa masa, kg
v - kustības ātrums, m/s
2. att. Braucošai automašīnai piemīt kinētiskā enerģija
Fiztēmā par darbu (saite uz fiztēmu) noskaidrojām, ka, palaižot vaļā virs zemes paceltu ķermeni, smaguma spēks veic darbu, lai ķermenis kristu zemes virzienā. Līdz ar to var secināt, ka arī paceltam ķermenim piemīt spēja veikt darbu, kaut gan tas sākotnēji neatrodas kustībā. Šādā gadījumā saka, ka ķermenim ir potenciālā enerģija Ep, ko aprēķina Ep=mgh, kur
m - ķermeņa masa, kg
g - brīvās krišanas paātrinājums, m/s2
h - augstums virs zemes, m
Svarīgi ir tas, ka nosakot potenciālo enerģiju ir jāpieņem nulles līmenis, piemēram, zemes virsmu vai grīdu. Lai arī cilvēks ir aizmidzis krēslā un daudz nekustas (3. att.), tā masas centrs atrodas noteiktā augstumā virs zemes un tam piemīt potenciālā enerģija.
3. att. Sēdoša cilvēka potenciālā enerģija
Ja tiek deformēts kāds elastīgs ķermenis, piemērma, atspere, tad šādā gadījumā arī tiek uzkrāta enerģija, jo, pārtraucot deformāciju, ķermenis ir spējīgs veikt darbu. Līdzīgi kā brīvās krišanas un smaguma spēka gadījumā, arī deformētas atsperes veiktais darbs ir vienāds ar potenciālās enerģijas izmaiņu. Ja par potenciālās enerģijas nulles līmeni pieņem atsperes nedeformēto stāvokli (4. att. a), tad deformētas atsperes (4. att. b) potenciālā enerģija vienāda ar Ep=k(∆x)2/2, kur
k - atsperes stinguma koeficients, N/m
∆x - deformācijas lielums, m
Ja atsperes uzbūve to atļauj, tad potenciālo enerģiju var iegūt gan atsperi izstiepjot, gan saspiežot.
4. att. Atsperē uzkrātā potenciālā enerģija
Ķermenim reizē varbūt gan kinētiskā, gan potenciālā enerģija, līdz ar to ķermeni stāvokli var raksturot, ja izmanto abus šos enerģijas veidus. Potenciālas Ep un kinētiskās enerģijas Ek summu sauc par pilno mehānisko enerģiju E (5. att.). Ja aplūkotais ķermenis neatrodas mijiedarbībā ar citiem ķermeņiem, tad pilnā mehāniskā enerģija paliek nemainīgs lielums, tas ir viens no universālajiem fizikas likumiem - enerģijas nezūdamības likums -, kas nosaka to, ka enerģija nezūd un nerodas no jauna, bet tikai maina savu formu. Tāpēc, ja palielinās vai samazinās kinētiskā enerģija, tad attiecīgi palielinās vai samazinās potenciālā enerģija.
5. att. Lidmašīnas pilnā mehāniskā enerģija
