În fizică și inginerie principiul energiei potențiale totale minime este un concept fundamental. Acesta afirmă că la temperaturi scăzute o structură sau un corp se va deforma sau deplasa într-o poziție care (local) minimizează energia potențială totală, energia potențială pierdută fiind convertită în energie cinetică (în special căldură).
Exemple Un proton liber și un electron liber vor tinde să se combine pentru a forma starea cu cea mai joasă energie (starea fundamentală) a unui atom de hidrogen, cea mai stabilă configurație electronică. Acest lucru se datorează faptului că energia acestei stări este cu 13,6 eV mai mică decât atunci când cele două particule elementare sunt separate de o distanță infinită. Disiparea în acest sistem ia forma emisiei spontane de radiație electromagnetică, care crește entropia mediului înconjurător. O bilă care se rostogolește va ajunge să fie staționară la poalele unui deal, punctul cu energie potențială minimă. Motivul este că, pe măsură ce se rostogolește în jos sub influența gravitației, frecarea produsă de mișcarea sa transferă energie sub formă de căldură către mediul înconjurător, cu o creștere corespunzătoare a entropiei. O proteină se pliază în starea cu cea mai mică energie potențială. În acest caz, disiparea ia forma vibrației atomilor din interiorul sau adiacenți proteinei.
Mecanica structurilor Energia potențială totală, este suma dintre energia de deformare elastică, stocată în corpul deformat și energia potențială, asociată forțelor aplicate: Extract of page 59
Această energie se află într-o poziție staționară atunci când o variație infinitezimală față de o astfel de poziție nu implică nicio modificare a energiei:
Principiul energiei potențiale totale minime poate fi obținut ca un caz particular al principiului lucrului mecanic virtual pentru sisteme elastice supuse forțelor conservative.
Egalitatea dintre lucrul virtual extern și cel intern (datorat deplasărilor virtuale) este:
unde este vectorul deplasărilor, este vectorul forțelor distribuite care acționează asupra părții a suprafeței, este vectorul forțelor de volum.
În cazul particular corpurilor elastice, membrul drept al relației precedente poate fi considerat a fi variația, a energiei de deformare elastică, datorată variațiilor infinitezimale ale deplasărilor reale. În plus, atunci când forțele externe sunt conservative, membrul stâng al relației poate fi văzut ca variația funcției energie potențială, a forțelor. Funcția este definită ca: Extract of page 244
unde semnul minus indică o pierdere de energie potențială pe măsură ce forța se deplasează în direcția sa. Cu aceste două condiții subsidiare, egalitatea lucrului mecanic virtual devine:
din care se obține forma variațională dorită a energiei potențiale totale. Această formă este adesea utilizată ca bază pentru dezvoltarea .
Note
Categorie:Mecanica solidului energiei potențiale Categorie:Termodinamică