X.22.1 Interacţiuni între SM cu energie potenţială

Dacă avem două SM ce deţin (în care este stocată) energie potenţială, şi aceste SM se află în contact (cele două SM au o SRS comună), între cele două SM va avea loc un schimb permanent de energie (prin fluxuri energetice). Acest proces de schimb bilateral are ca stare procesuală finală starea de echilibru dintre cele două stocuri de energie potenţială, stare în care densităţile de flux energetic (FE) din cele două SM sunt egale, şi ca urmare, FE recirculate între sisteme sunt egale şi de sens contrar (suprafaţa de echilibru a celor două FE este imobilă faţă de o referinţă externă).

Energia stocată într-un gaz comprimat sau într-un resort sunt cazuri tipice de energie potenţială stocată în nişte SM. Fie un cilindru în care un piston mobil separă în partea stângă un volum umplut cu un gaz la presiunea p, iar în partea dreaptă un resort spiral comprimat astfel încât reacţiunea resortului să echilibreze forţa exercitată de presiunea gazului (vezi fig. X.22.1.1.a).

Fig. X.22.1.1

Atributul de stare energetică al stocului de energie potenţială în cazul gazului comprimat este presiunea p, iar în cazul resortului este distanţa  de deformare (comprimare sau extensie) a resortului faţă de lungimea sa iniţială (nedeformată).

Comentariul X.22.1.1: Atributul de stare energetică uzual pentru energia potenţială a unui gaz este presiunea, dar tot atât de bine ar putea fi poziţia pistonului x din fig. X.22.1.1.a (pentru o anumită temperatură şi o cantitate dată de molecule, un mol de exemplu). La fel pentru resort, atributul de stare energetică ar putea fi efortul tangenţial din material (măsurat cu un traductor tensometric) pentru un anumit modul de elasticitate transversal G al materialului. Evident, de la caz la caz, relaţiile dintre stocul energetic şi atributul de stare sunt diferite.

Forţa F_p datorată presiunii gazului este echilibrată de forţa F_r a resortului comprimat, forţă dată de relaţia , unde k este o constantă constructivă a resortului. La echilibru, situaţie reprezentată în fig. X.22.1.1.a, cele două forţe sunt egale, iar pistonul cu tot cu suprafaţa de echilibru inclusă în el este imobil.

Comentariul X.22.1.2: Diferenţa majoră dintre fizica actuală şi filosofia obiectuală în ce priveşte abordarea acestei stări de echilibru constă în faptul că fizica actuală susţine că pe durata stării de echilibru nu există schimb de energie între cele două sisteme, în timp ce filosofia obiectuală susţine că dimpotrivă, există FE de ambele părţi (deci schimb permanent de energie) dar aceste fluxuri sunt egale şi de sens contrar. Conform acestei abordări, sursa de FE, atât agent cât şi de reacţie, este un stoc de energie ; dacă acest stoc este finit, la o intensitate (putere) dată, el se poate epuiza, iar odată cu această epuizare va dispărea şi forţa (activă sau reactivă) şi starea de echilibru. Schimbul permanent de energie dintre cele două sisteme face ca cele două stocuri energetice să rămână constante (dacă pierderile spre exterior sunt nule). Conform celor discutate în anexa X.10, în cazul echilibrului, între cele două sisteme interactive are loc o tranzacţie energetică echitabilă.

Dacă în volumul din stânga are loc un aport de energie , sub forma unei creşteri de presiune  (vezi fig. X.22.1.1.b), noua forţă F_p va fi mai mare decât reacţiunea arcului, ca urmare pistonul se va deplasa pe distanţa , comprimând resortul până când forţa de reacţie a acestuia va reechilibra forţa gazului. Lucrul mecanic efectuat de forţa activă F_p împotriva reacţiunii arcului este[1]:

                                                                                   (X.22.1.1)

şi are loc până când densitatea de flux din dreapta pistonului este egală cu cea din stânga, adică până când surplusul de energie  va fi distribuit în mod egal ambelor medii ce deţin energie potenţială. Acest fapt însemnă că:

                                                                                                               (X.22.1.2)

relaţie valabilă pentru cazul nostru simplificat, în care sunt doar două sisteme materiale ce deţin energie potenţială, aflate în interacţiune. în relaţia X.22.1.1 recunoaştem în mărimea k o capacitanţă energetică de ordinil II pentru energia potenţială stocată în arc, atributul de stare energetică fiind deformarea . Surplusul de stoc energetic  din arc este furnizat pe parcursul deplasării suprafeţei de echilibru de forţa F_p, forţă devenită activă până la restabilirea echilibrului.

Dacă mediile suport sunt omogene, stocul de energie potenţială existent în ambele sisteme este distribuit uniform, atât în mediul gazos cât şi în materialul arcului, în cazul unui resort spiral cilindric, sub formă de efort transversal pe secţiunea barei spiralate. Dacă în locul mediului gazos punem o bară dintr-un material solid (vezi fig. X.22.1.1.c), energia potenţială a arcului comprimat va fi echilibrată de energia potenţială din mediul solid al barei, dar deoarece compresivitatea solidelor este mult mai mică decât a gazelor, schimbarea  a lungimii acesteia este imperceptibilă pentru ochiul uman. Dar şi în cazul solidelor există deformare a mediului proporţională cu nivelul energiei potenţiale stocată în acel mediu (vezi anexa X.21).