Էներգիա

Էներգիան ֆիզիկական մեծություն է, որը բնութագրում է մարմնի աշխատանք կատարելու ունակությունը։ Ֆիզիկայում էներգիան (հունարեն՝ էներգոս բառից) սկալյար ֆիզիկական մեծություն է։  Էներգիան ունի տարբեր ձևեր` կինետիկ, պոտենցիալ, ջերմային, գրավիտացիոն, ձայնային, առաձգական, էլեկտրամագնիսական էներգիաները։
«Էներգիա» մեծությունը սերտորեն առնչվում է մեխանիկական աշխատանքի հետ։ Եթե մարմինը կամ մարմինների որևէ համակարգ կարող է աշխատանք կատարել, ապա ասում են, որ այն օժտված է էներգիայով։ Աշխատանք կարող են կատարել ինչպես շարժվող, այնպես էլ այլ մարմինների հետ փոխազդող մարմինները։ Մեխանիկայում տարբերում են երկու տեսակի էներգիա՝ կինետիկ և պոտենցիալ։ Մարմինների շարժմամբ պայմանավորված էներգիան անվանում են կինետիկ էներգիա, իսկ փոխազդեցությամբ պայմանավորված էներգիան՝ պոտենցիալ էներգիա։
Էներգիան կարող է մի ձևից փոխակերվել մյուսին, սակայն ընդհանուր էներգիայի չափը միշտ նույնն է մնում։ Այս սկզբունքը՝ էներգիայի պահպանման օրենքը, առաջին անգամ կանխադրվել է վաղ 19-րդ դարում, և վերաբերվում է մեկուսացված համակարգին։ Նյոթերի թեորեմի համաձայն, էներգիայի պահպանման օրենքը այն փաստի հետևանքն է, որ ֆիզիկայի օրենքները ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում։
Թեև համակարգի ընդհանուր էներգիան ժամանակի ընթացքում չի փոփոխվում, սակայն մեծությունը կարող է կախված լինել ﻿կոորդինատային համակարգից։ Օրինակ՝ շաժվող օդանավի մեջ նստած ուղևորը օդանավի նկատմամբ զրո կինետիկ էներգիա ունի, սակայն նրա կինետիկ էներգիան Երկրի նկատմամբ զրո չէ։


== Կինետիկ էներգիա ==
Կինետիկ էներգիա անվանում են մարմինների շարժումով պայմանավորված էներգիան։

  
    
      
        A
        =
        
          
            
              m
              
                v
                
                  2
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        −
        
          
            
              m
              
                v
                
                  1
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        
        (
        1
        )
      
    
    {\displaystyle A={\frac {mv_{2}^{2}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}{2}}\qquad (1)}
  
Մարմնի վրա ազդող հաստատուն ուժի կատարած աշխատանքը փոփոխությունն է մի ֆիզիկական մեծության, որը որոշվում է մարմնի զանգվածի և արագության քառակուսու արտադրյալի կեսով։
Մարմնի զանգվածի և արագության քառակուսու արտադրյալի կեսին հավասար մեծությունն անվանում են մարմնի կինետիկ էներգիա։ Մարմնի կինետիկ էներգիան հավասար է այն աշխատանքին, որը կարող է կատարել շարժվող մարմինը մինչև կանգ առնելը։

  
    
      
        E
        =
        
          
            
              m
              
                v
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle E={\frac {mv^{2}}{2}}}
  
Օգտվելով կինետիկ էներգիայի սահմանումից 
  
    
      
        (
        1
        )
      
    
    {\displaystyle (1)}
   բանաձևը կարող ենք ներկայացնել հետևյալ կերպ՝ 

  
    
      
        A
        =
        
          
            
              m
              
                v
                
                  2
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        −
        
          
            
              m
              
                v
                
                  1
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        =
        
          E
          
            2
          
        
        −
        
          E
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle A={\frac {mv_{2}^{2}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}{2}}=E_{2}-E_{1}}
  
Մարմնի վրա ազդող ուժերի համազորի կատարած աշխատանքը հավասար է մարմնի կինետիկ էերգիայի փոփոխությանը։ Այս պնդումը կոչվում է կինետիկ էներգիայի թեորեմ։


== Պոտենցիալ էներգիա ==
Պոտենցիալ էներգիա անվանում են մարմինների փոխազդեցությամբ պայմանավորված էներգիան։ Պոտենցիալ էներգիան չափվում է այն աշխատանքով, որը կարող է կատարել մարմինը՝ առանց արագությունը փոփոխելու մի դիրքից մյուսը տեղափոխելիս։ Պոտենցիալ էներգիայով է օժտված, օրինակ, սեղմված զսպանակը, Երկրից բարձրացված մարմինը։


=== Մարմնի՝ ծանրության ուժով պայմանավորված պոտենցիալ էներգիա ===
Մարմնի՝ ծանրության ուժով պայմանավորված պոտենցիալ էներգիան։ m զանգվածով մարմինը Երկրի մակերևույթից 
  
    
      
        
          h
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle h_{1}}
   բարձրությամբ կետից որևէ հետագծով 
  
    
      
        
          h
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle h_{2}}
   բարձրությամբ մեկ այլ կետ տեղափոխելիս, երբ ծանրության ուժը կարելի է հաստատուն համարել, նրա աշխատանքը որոշվում է հետևյալ բանաձևով՝

  
    
      
        A
        =
        m
        g
        
          h
          
            1
          
        
        −
        m
        g
        
          h
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle A=mgh_{1}-mgh_{2}}
  
Կատարված աշխատանքը կարելի է ներկայացնել որպես mgh մեծության սկզբնական և վերջնական արժեքների տարբերություն։
Մարմնի զանգածի, ազատ անկման արագացման և Երկրից մարմնի բարձրության արտադրյալն անվանում են պոտենցիա էներգիա։

  
    
      
        E
        =
        m
        g
        h
      
    
    {\displaystyle E=mgh}
  
Մարմնի ծանրության ուժով պայմանավորված պոտենցիալ էներգիան հավասար է մարմինը մինչև զրոյական մակարդակ տեղափոխելիս ծանրության ուժի կատարած աշխատանքին։

  
    
      
        A
        =
        
          E
          
            1
          
        
        −
        
          E
          
            2
          
        
        =
        −
        (
        
          E
          
            2
          
        
        −
        
          E
          
            1
          
        
        )
        =
        −
        Δ
        E
      
    
    {\displaystyle A=E_{1}-E_{2}=-(E_{2}-E_{1})=-\Delta E}
  
Ծանրության ուժի կատարած աշխատանքը հավասար է մարմնի պոտենցիալ էներգիայի փոփոխությանը՝ հակառակ նշանով։ Այս պնդումը կոչվում է պոտենցիալ էներգիայի թեորեմ։


=== Առաձգականորեն դեֆորմացված մարմնի պոտենցիալ էներգիա ===
Եթե առաձգական մարմինը, օրինակ, զսպանակը, սեղմենք, ապա առաձգականության ուժի շնորհիվ այն կարող է ընդարձակվել և աշխատանք կատարել։ Առաձգականության ուժի կատարած աշխատանքը կարող ենք հաշվել հետևյալ բանաձևով, և այն արտահայտել պոտենցիալ էներգիայի փոփոխությամբ՝

  
    
      
        A
        =
        
          
            
              k
              
                x
                
                  1
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        −
        
          
            
              k
              
                x
                
                  2
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle A={\frac {kx_{1}^{2}}{2}}-{\frac {kx_{2}^{2}}{2}}}
  
Առաձգականորեն դեֆորմացված զսպանակի պոտենցիալ էներգիան որոշվում է հետևյալ բանաձևով՝

  
    
      
        E
        =
        
          
            
              k
              
                x
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle E={\frac {kx^{2}}{2}}}
  

  
    
      
        A
        =
        
          
            
              k
              
                x
                
                  1
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        −
        
          
            
              k
              
                x
                
                  2
                
                
                  2
                
              
            
            2
          
        
        =
        −
        (
        
          E
          
            2
          
        
        −
        
          E
          
            1
          
        
        )
        =
        Δ
        E
      
    
    {\displaystyle A={\frac {kx_{1}^{2}}{2}}-{\frac {kx_{2}^{2}}{2}}=-(E_{2}-E_{1})=\Delta E}
  
Մարմնի վրա ազդող պոտենցիալային ուժի աշխատանքը հավասար է նրա պոտենցիալ էներգիայի փոփոխությանը՝ հակառակ նշանով։ Այս պնդումը կոչվում է պոտենցիալ էներգիայի թեորեմ։


=== Պոտենցիալ էներգիայի մինիմումի սկզբունք ===
Կայուն է այն հավասարակշռությունը, որի դեպքում մարմնի պոտենցիալ էներգիան ընդունում է իր հնարավոր նվազագույն արժեքը։ Այս պնդումն անվանում են պոտենցիալ էներգիայի մինիմումի սկզբունք։


== Լրիվ մեխանիկական էներգիա ==
Լրիվ մեխանիկական էներգիան մարմնի կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարն է։ Պոտեցիալային ուժերի ազդեցության դեպքում մարմնի լրիվ մեխանիկական էներգիան մնում է հաստատուն, այսինքն՝ պահպանվում է։ Պոտենցիալային ուժերով փոխազդող մարմինների փակ համակարգի լրիվ մեխանիկական էներգիան պահպանվում է։ Այս պնդումն անվանում են լրիվ մեխանիկական էներգիայի պահպանման օրենք։ Համակարգի լրիվ մեխանիկական էներգիայի փոփոխությունը հավասար է արտաքին ուժերի և ներքին ոչ պոտենցիալային ուժերի աշխատանքների գումարին։


== Պատմություն ==
Էներգիա բառը գալիս է հունարեն՝ ἐνέργεια (էներգեյա) բառից։ Առաջին անգամ հանդիպվում է Արիստոտելի «Նիկոմաքեական Էթիկա» գործում, մ.թ.ա. 4-րդ դարում։


== Չափում ==

Էներգիայի բացարձակ չափելու ձև չկա, որովհետև էներգիան բացատրվում է որպես այն աշխատանքը, որ մի համակարգը անում է (կամ կարող է անել) մյուսի վրա։ Այսպիսով, միայն մի համակարգի փոխակերպվումը մի համակարգից մյուս կարող է բացատրվել և չափվել։


=== Մեթոդներ ===
Էներգիայի չափման մեթոդները հաճախ այլ ընդլայնվում են այլ մեթոդների՝ ավելի հիմնարար գիտական հասկացություններ չափելու համար, օրինակ՝ նյութ, հեռավորություն, ճառագայթում, ջերմություն, ժամանակ, էլեկտրական լիցք և էլեկտրական հոսանք։
Սովորաբար ամենահաճախ գործածվող տեխնիկան կալորաչափն է, որով չափվում է ջերմությունը՝ ջերմաչափի կամ ճառագայթման պայծառությունը՝ բոլոմետրի օգնությամբ։


=== Միավորներ ===
Գիտության պատմության մեջ, էներգիան տարբեր միավորներով է արտահայտվել, ինչպիսին են էրգերը և կալորիաները։ Ներկայում, էներգիայի չափման ընդունված միավորը Միավորների միջազգային համակարգում ջոուլն է։ Բացի ջոուլից, էներգիայի միավորներ են կիլովատտ-ժամը (ԿՎտժ) և բրիտանական ջերմային միավորը (British thermal unit կամ Btu)։ Սրանք երկուսն էլ ջոուլից մեծ միավորներ են։ Մեկ ԿՎտժ-ը հավասար է 3.6 միլիոն ջոուլի, իսկ մեկ Btu-ն հավասար է 1055 ջոուլի։


== Աղբյուրներ ==