Potensial energiya

Qadim zamonlardayoq mexanikaning quyidagi oltin qoidasi kashf qilingan edi: kuchdan yutsang, masofadan yutqazasan. Haqiqatan, masalan, yuk qiya tekislik bo’yicha ko’tarilsa, og’irlik kuchlariga qarshi ish bajarishga to’g’ri keladi (ishqalanish kuchlariga qarshi bajariladigan ishni e’tiborga olmaslik mumkin, deb hisoblaymiz). Agar qiya tekislik yotiqroq bo’lsa, u holda yo’l uzun, lekin yukka kichikroq kuch qo’yish mumkin. Tikroq tekislik bo’yicha yukni ko’tarish og’irroq, lekin shuning evaziga yo’l qisqaroq bo’ladi. t massali yukni h balandlikka ko’tarish uchun b ajariladigan ish hamma vaqt bir xil bo’lib, mgh ga teng.

Bu og’irlik kuchlarining eng muhim xossasidir: ish yo’lning shakliga bog’liq emas, balki u faqat jismning boshlang’ich va oxirgi vaziyatlari bilan aniqlanadi. 1- rasmda jismning M nuqtadan N nuqtaga ko’chishi mumkin bo’lgan uch yo’l ko’rsatilgan. Og’irlik kuchi tezlanishi  strelka bilan belgilangan. Jismni MN kesma va MON siniq chiziq bo’ylab ko’chirganda bir xil ish bajarishga to’g’ri keladi, chunki MO uchastkada ish nolga teng. Buni isbotlash oson. Egri yo’lni juda ko’p turli kesmalarga ajratib, bu holda ish bir xil ekanligiga ishonish mumkin.

Shunday xossaga ega bo’lgan kuchlar potensial kuchlar yoki konservativ kuchlar deyiladi. Ular uchun potensial energiyani aniqlash mumkin. Sanoq boshini tanlab olsak qaysi bir vaziyatda (masalan. yer sirtida) potensial energiyani nolga teng, deb hisoblasak, bu holda har qanday boshqa nuqtada potensial energiya jismni dastlabki vaziyatdan shu nuqtaga ko’chirishda bajarilgan ishga teng bo’ladi.

Potensial energiya - kinetik energiya bilan birga jismning to’la mexanik energiyasini tashkil qiladi. Agar jism faqat potensial kuchlar maydonida joylashgan bo’lsa, u holda to’la energiya saqlanadi (mexanik energiyaning saqlanish qonuni). Quyosh sistemasini tashlab keta oladigan raketani uchirish uchun unga juda katta (11 km/s atrofida) tezlik berish kerak. Kinetik energiya zapasi raketa yerdan uzoqlashayotganida potensial energiyaning oshishini ta’minlaydi.Faqat og’irlik kuchlari emas, balki elektrostatik o’zaro ta’sir kuchlari ham potensial kuchlardir. Axir, Kulon qonuni Nyutonning butun olam tortishish qonuniga juda o’xshash-ku. Hatto potensial energiya formulalari ham deyarli bir xil: ikkala holda ham energiya o’zaro ta’sirlashayotgan jismlar orasidagi masofaga teskari proportsional, ammo ishqalanish kuchlari ishi yo’lning shakliga bog’liq (masalan, quruq ishqalanishda eng qisqa yo’l eng yaxshi yo’ldir) va bunday kuchlar potensial kuchlar emas. Potensial energiya yordamida mikrodunyoda zarralar, masalan, ikki atom o’zaro ta’sirini tavsiflash qulay. Atomlar orasidagi masofalar katta bo’lgan holda tortishish kuchlari ta’sir qiladi. Har bir atom neytral bo’lsa-da, boshqa atomning elektr maydoni ta’siri ostida kichikkina dipolga aylanadi va bu dipollar bir-biriga tortiladi (2- rasm). Shuning uchun atomlar yaqinlashayotganda ularni tutib turish va bu kuchlarga qarshi manfiy ish bajarish kerak. Atomlar orasidagi masofalar kichik bo’lgan holda, aksincha, yaqinlashayotgan yadrolarning Kulon bo’yicha o’zaro ta’siridan kelib chiqqan itarishish kuchlari ta’sir qiladi. Bu holda atomlarni yaqinlashtirish uchun musbat ish bajarish kerak. 3- rasmda atomlar potensial energiyasining ular orasidagi masofaga bog’liqlik grafigi ko’rsatilgan. Potensial energiya minimumga ega bo’lib, atomlarning bu vaziyati turg’un tuzilishga - molekulaga mos keladi. Bunday holda atomlar potensial chuqurda turibdi deyiladi.Xuddi shuningdek, kristallda atomlar kristall minimal potensial energiyaga ega bo’ladigan tarzda fazoda joylashadi. Natijada davriy struktura - kristall panjara hosil bo’ladi (Kristallofizika).

Sistemaning turg’un holatiga hamma vaqt potensial energiya minimumi mos keladi. 4- rasmda sharcha turgan sirtning relefi ko’rsatilgan. Uchta muvozanat vaziyati bor, ammo faqat bittasi, ya’ni potensial energiya minimumiga mos keladigani turg’undir (mazkur holda sharcha asl chuqurda bo’ladi). Qizig’i shuki, agar zarralar orasida faqat elektrostatik o’zaro ta’sir kuchlari (harakatsiz zaryadlar sistemasi) ta’sir qilsa, ular umuman turg’un muvozanat holatida tura olmaydi. Potensial energiya minimumga ega emas, shuning uchun sistema vayron bo’ladi (zaryadlar har tarafga uchib ketadi). Bu Irnshou teoremasi atomning statik modeli noo’rin ekanligiga muhim isbot bo’ladi.