Energia
Mărimea fizică, numită energie, caracterizează posibilitatea unui sistem de corpuri de a efectua lucru mecanic, datorită unor factori mecanici ca: viteză, deformare, poziție în câmp de forțe etc. Energia determină relația dintre corpuri, de aceea valoarea ei este relativă.
Cuvânul energie provine din limba greacă, care este format din două cuvinte (în și acțiune) , ceea ce ar însemna că energia reprezintă capacitatea de acțiune sau puterea de a face ceva.
Un corp sau un sistem de corpuri, posedă energie dacă poate să efectueze un lucru mecanic. De exemplu, un corp legat de un resort tensionat, un corp ridicat la o înălțime deasupra Pământului, un corp aflat în mișcare.
Energia este o mărime de stare a corpului sau a sistemului, în timp ce lucrul mecanic este o mărime de proces. Un lucru mecanic motor sau rezistent impune modificarea energiei, ducând la creșterea sau scăderea ei.
Energia cinetică
Considerăm corpul cu masa m care la momentul inițial t0=0 are viteza v1. Din acest moment, asupra lui, o forță F efectuează un lucru mecanic pe o distanță d, după care viteza lui devine v2.
L = Fd = mad
Potrivit ecuației lui Galilei 
se poate scrie: 
Astfel, lucrul mecanic se poate exprima prin următoarea ecuație:
Se constată că lucrul mecanic efectuat de o forță, pe direcția de mișcare, este egal cu diferența dintre valoarea finală și valoarea inițială a unei mărimi fizice care caracterizează starea de mișcare a acelui corp față de sistemul de referință luat în considerație. Se definește, astfel mărimea numită energie cinetică Ec care caracterizează starea de mișcare a corpului la un moment dat:
Expresia lucrului devine: L=DEc care exprimă teorema de variație a energiei cinetice: variația energiei cinetice a unui punct material, aflat în mișcare față de un sistem de referință inerțial, este egală cu lucrul mecanic al forțelor exterioare ce acționează asupra acestuia.
Energia potențială
Abordarea unor fenomene din dinamică poate fi făcută în moduri diferite:
a) considerând corpul studiat ca o entitate ce este sub influența unor acțiuni exterioare, măsurate prin forțe, de unde rezultă lucrul mecanic și care implică variația energiei cinetice DEc a acelui corp;
b) considerând corpul studiat ca făcând parte dintr-un sistem de corpuri legate între ele prin interacțiuni ce determină energii interne ale sistemului numite energii potențiale. Aceste energii pot să efectueze lucru mecanic individual prin modificarea pozițiilor acelor corpuri ce alcătuesc sistemul, dar nu modifică starea întregului sistem. Fiecărei configurații a sistemului îi corespunde o energie potențială, iar schimbarea configurației sistemului determină variația energiei potențiale.
Energia potențială gravitațională
După cum am arătat, lucrul mecanic al forțelor conservative nu depinde de forma drumului între starea inițială și cea finală. Astfel, valoarea lucrului mecanic al forțelor conservative este dată de diferența dintre o mărime finală și una inițială ce caracterizează stările sistemului.
Considerând sistemul corp-Pământ, forțele sunt conservative și lucrul mecanic pus în joc pentru schimbarea poziției corpului între punctele A și B este L=mg(h1-h2) sau L = - (mgh2- mgh1).
Din această formulă se observă că lucrul mecanic este egal cu diferența dintre două mărimi: mgh2 și mgh1 ce caracterizează starea finală și starea inițială a sistemului corp-Pământ prin poziția lor relativă, deci: L=-DEp
Se vede că lucrul mecanic definește precis variația energiei potențiale nu și valoarea absolută a acesteia. Din acest motiv în majoritatea cazurilor se ia drept poziție de zero pentru energia potențială, suprafața Pământului și astfel se definește energia potențială gravitațională, cu expresia:
Ep = mgh
Energia potențială gravitațională este dependentă de poziția corp-Pământ prin înălțimea h. Astfel, se cunoaște că o sonetă este mai eficientă dacă greutatea este ridicată la o înălțime mare; apa acumulată în lacul unei hidrocentrale are energie potențială mare deoarece lacul de acumulare este situat la o altitudine mai mare decât cea a centralei electrice.
Energia potențială elastică
Considerăm un resort elastic, fixat la un capăt de un suport rigid, iar la celălalt capăt are un corp mobil.
După deformarea resortului cu x1 în el va lua naștere o forță elastică, care este o forță conservativă. Lăsând resortul liber, el va deplasa corpul, efectuând un lucru mecanic, dar în același timp va trece în altă stare, cu tensiunea corespunzătoare deformării x2. Se spune că resortul tensionat are energie potențială deoarece poate efectua asupra corpului un lucru mecanic ce are expresia:
Întrucât L=-DEe se definește mărimea fizică numită energie potențială elastică:
Energia elastică este energie de poziție deoarece conține mărimea x sub denumirea de deformare, ce înglobează pozițiile relative ale elementelor resortului (spirele). Se spune că un resort are energie dacă este tensionat (alungit sau comprimat). Un pistol jucărie, cu arc, are înmagazinată energie în el dacă resortul acestuia a fost comprimat. Apăsând pe trăgaci, resortul se destinde și produce lucru mecanic aruncând săgeata sau bila.
Conservarea energiei mecanice
Considerând sistemul Pământ-corp în care corpul este la înălțimea h lăsat liber, corpul cade datorită lucrului mecanic al forței gravitaționale.
a) Lucrul greutății L determină variația energiei cinetice a corpului L=DEc
b) În timpul căderii are loc variația energiei potențiale L=-DEp
Fiind vorba de același lucru mecanic, exprimat în două moduri se poate scrie:
Acestă relație sugerează ideea că energia mecanică a unui sistem izolat, în care acționează numai forțe conservative, este constantă, deci se conservă:
Condiția necesară pentru ca energia mecanică să se conserve este ca sistemul să nu fie supus unor forțe neconservative: frecare, motoare electrice, motoare termice acțiuni umane sau animale, sistemul de corpuri luat în considerare să fie izolat de alte sisteme.
Randamentul mecanic
Mecanismul este un sistem fizic prin care se transferă energie mecanică. Pentru orice mecanism se pune întrebarea dacă transferul de energie se face integral sau doar parțial, cât din lucrul mecanic de la intrare se regăsește în lucrul mecanic de ieșire? Cât de eficient este
mecanismul?
În timpul transferului de energie, sistemul fizic suferă deplasări și deformări mecanice, în cursul cărora o parte din energia mecanică transmisă se pierde pentru învingerea frecărilor și a altor forțe interne.
Se poate scrie:
Lc= Lu+ Lf
unde Lc reprezintă lucrul primit de către mecanism (consumat), Lu este lucrul mecanic util efectuat de către mecanism iar Lf înglobează lucrul mecanic pierdut în timpul fenomenului prin diverse forțe disipative.
Prin definiție, randamentul mecanismului h este raportul dintre lucrul mecanic util Lu și lucrul mecanic consumat Lc de către sistem:
Ținând cont de formula lucrului mecanic total (consumat) se poate scrie:
Faptul că randamentul are valoare subunitară arată că nu toată energia primită de mecanism poate fi transferată sistemului mecanic.
Randamentul planului înclinat
În cazul planului înclinat, lucrul mecanic util este cel efectuat pentru a ridica un corp la înălțimea h: Lu= mgh = mglsina.
În prezența frecărilor, lucrul mecanic consumat pentru a ridica corpul la această înălțime, pe planul înclinat este Lc= mgl(sina+µcosa) iar randamentul planului este:
 sau
Randamentul poate fi maxim ( h=1 ) numai dacă mișcarea se face fără frecare ( µ=0).
| 
BluePink 
