Zasada minimum energii potencjalnej

Z Wikipedii

Układy fizyczne w przyrodzie dążą do osiągnięcia stanu, o minimalnej energii potencjalnej.

Dlatego kamień będzie staczał się z górki a nie toczył się pod górkę, gdyż tylko wówczas zmniejsza on swoją energię potencjalną.

Podobnie atom sodu (Na) zbliży się do atomu chloru (Cl) na odległość przy której układ tych dwóch cząstek ma minimum energii potencjalnej (oczywiście jeśli nic im nie będzie przeszkadzało) i obie cząstki połączą się wiązaniem jonowym. - taki układ ma najmniejszą energię potencjalną

Aby zmniejszyć energię potencjalną protony i neutrony łączą się tworząc jądro atomowe, jądro atomowe otacza się elektronami tworząc atom. Z atomów tworzą się cząsteczki, tworzy się sieć krystaliczna.

Reguła ta jest wyznacznikiem kierunku zmian procesów w układach fizycznych i oznacza ona, że dowolny układ będzie zmniejszał swoją energię potencjalną, zawsze gdy będzie to możliwe. Oznacza to że układ musi mieć możliwość oddania nadmiaru energii oraz na układ nie mogą działać zbyt duże zakłócenia uniemożliwiające osiągnięcie tego stanu. Przy czym w zasadzie tej chodzi o osiągniecie minimum lokalnego (a nie globalnego).

Dzięki zastosowaniu tej reguły oraz metod rachunku wariacyjnego francuski matematyk J.L Lagrange wyprowadził równania, nazwane później równaniami Lagrange'a; mają one kluczowe znaczenie w mechanice analitycznej.

Stan w którym układ osiągnął minimum energii potencjalnej jest stanem równowagi stabilnej - oznacza to że aby wytrącić układ z tego stanu równowagi potrzebne jest podziałanie na ten układ zakłóceniem o pewnej minimalnej wartości. I tak np. do rozszczepienia jądra atomowego potrzebna jest minimalna energia zwana energią wiązania.

Stan o minimalnej energii potencjalnej jest przeciwstawny stanowi w którym układ osiągnął maksimum energii potencjalnej. Przy czym znów chodzi tu o osiągniecie maksimum lokalnego . Stan taki jest stanem równowagi chwiejnej, co oznacza że aby wytrącić układ z takiego stanu równowagi potrzebne jest podziałanie na ten układ zakłóceniem o dowolnie małej wartości. Dlatego takich układów nie obserwujemy w przyrodzie.