Эрчим хүч хэмнэх үзэл баримтлал нь физик, хими, сонгодог механик зэрэг шинжлэх ухааны янз бүрийн салбаруудын үндсэн зарчим юм. Энэ зарчим нь тусгаарлагдсан систем дэх нийт энерги нь хэлбэрээ өөрчлөх боломжтой хэдий ч цаг хугацааны явцад тогтмол хэвээр байдгийг баталж байна. Энэ ойлголтыг ойлгох нь янз бүрийн хувилбарт энерги хэрхэн шилжиж, хувирч байгааг ойлгоход маш чухал юм.
Эрчим хүч бол ажил хийх эсвэл бие махбодид өөрчлөлт оруулах чадвар юм. Энэ нь кинетик энерги (хөдөлгөөний энерги), боломжит энерги (хадгалсан энерги), дулааны энерги (дулаан), химийн энерги (химийн холбоонд хадгалагддаг) болон бусад олон хэлбэрээр байдаг. Эрчим хүчийг хадгалах зарчим нь энергийг нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжүүлэх эсвэл хувиргах боломжтой боловч хаалттай систем дэх нийт энергийн хэмжээ өөрчлөгддөггүй гэдгийг бидэнд хэлдэг.
Физик, ялангуяа сонгодог механикийн салбарт эрчим хүч хэмнэлтийн тод жишээ нь кинетик болон потенциал энергийн харилцан үйлчлэлээр харагддаг. Савлуурыг авч үзье. Хамгийн дээд цэгтээ бүх энерги нь \(U = mgh\) тэгшитгэлээр өгөгдсөн таталцлын потенциал энерги хэлбэртэй байх ба энд \(m\) масс, \(g\) нь таталцлын хурдатгал, ба \(h\) нь өндөр. Савлуур доош эргэлдэх үед энэ боломжит энерги нь кинетик энерги болж хувирдаг бөгөөд \(K = \frac{1}{2}mv^2\) -аар тооцдог ба энд \(v\) нь хурд юм. Савлуурын хамгийн доод цэгт дүүжингийн энерги бүхэлдээ кинетик байдаг. Буцаж дээшлэх үед кинетик энерги нь эргээд боломжит энерги болж хувирдаг. Эдгээр өөрчлөлтийг үл харгалзан нийт энерги (кинетик + потенциал) тогтмол хэвээр байгаа бөгөөд агаарын эсэргүүцэл эсвэл үрэлтийн улмаас энерги алдагдахгүй гэж үзвэл.
Химийн хувьд эрчим хүчний хэмнэлт нь химийн урвалд ажиглагддаг. Бодис урвалд ороход химийн энерги шингэж эсвэл ялгардаг. Экзотермик урвал нь энергийг ихэвчлэн дулаан хэлбэрээр ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь бүтээгдэхүүний нийт энерги нь урвалд ордог бодисоос бага байгааг харуулж байна. Үүний эсрэгээр, эндотермик урвал нь энергийг шингээдэг бөгөөд энэ нь бүтээгдэхүүн илүү их энергитэй байдаг гэсэн үг юм. Эрчим хүчний хуваарилалтын эдгээр ялгааг үл харгалзан урвалын өмнөх болон дараах нийт энерги тогтмол хэвээр байна. Жишээлбэл, устөрөгчийн хийг шатааж ус үүсгэх үед \(2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) + Energy\) энерги ялгардаг боловч орчлон ертөнцийн энергийн нийлбэр өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.
Эрчим хүчний хэмнэлт нь гол ойлголт боловч сонгодог механикт импульсийн хадгалалттай зэрэгцэн судалдаг. Биеийн масс ба хурдны үржвэр ( \(p = mv\) ) гэж тодорхойлсон импульс нь хаалттай системд мөн хадгалагдана. Үүнийг ажиглах сонирхолтой арга бол уян харимхай мөргөлдөөн бөгөөд ямар ч кинетик энерги алдагддаггүй. Мөргөлдөж буй биетүүдийн моментын нийлбэр ба энергийн нийлбэр нь мөргөлдөхөөс өмнө болон дараа нь тогтмол хэвээр байгаа нь импульс ба энергийн давхар хадгалалтыг харуулж байна.
Хоёр зарчмыг харуулсан туршилт нь нэг мөрөнд дүүжлэгдсэн бөмбөлгүүдийн өлгий бүхий дүүжин ашиглах явдал юм. Төгсгөлийн нэг бөмбөгийг өргөж, суллахад энэ нь шугам руу цохиж, зөвхөн эсрэг талын бөмбөг хөдөлдөг. Бөмбөлгөөр дамжуулсан энерги ба импульс нь эхний бөмбөгний анхны потенциал энергитэй тэнцэх кинетик энергитэй эцсийн бөмбөгийг хөдөлгөдөг тул энэ нь импульс ба энерги хадгалагдаж байгааг харуулж байна.
Эрчим хүчний хэмнэлтийн хуулиуд нь онолын шинжлэх ухааны хүрээнээс гадуур гүн гүнзгий нөлөө үзүүлдэг. Өдөр тутмын амьдралд эрчим хүчийг үр ашигтай ашиглах, эрчим хүчийг нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжүүлэх нь янз бүрийн технологи, үйлдвэрлэлийн гол төв юм. Жишээлбэл, цахилгаан станцуудад чулуужсан түлшинд хуримтлагдсан химийн энерги шаталтаар дулааны энерги болж хувирдаг. Энэ дулааны энерги нь турбинуудад механик энерги үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг бөгөөд энэ нь эцэстээ нийгмийн хэрэгцээнд зориулж цахилгаан эрчим хүч болж хувирдаг. Энэ үйл явцын туршид нийт энерги нь хүний хэрэгцээг хангахын тулд хэлбэрээ өөрчилснөөр тогтмол байдаг тул эрчим хүч хэмнэх зарчим баримталдаг.
Эрчим хүч хэмнэлтийн тухай ойлголт нь шинжлэх ухааны тулгын чулуу бөгөөд орчлон ертөнц хэрхэн ажилладаг талаар суурь ойлголтыг өгдөг. Эрчим хүчийг бий болгох эсвэл устгах боломжгүй, зөвхөн хувиргах боломжтой гэдгийг хүлээн зөвшөөрснөөр бид бичил харуурын химийн урвалаас эхлээд селестиел биетүүдийн өргөн уудам механик хүртэлх бүх зүйлийн үйл ажиллагааны талаар ойлголттой болно. Түүнчлэн, энэ зарчим нь тогтвортой технологи бий болгох, эрчим хүчийг үр ашигтай ашиглах хүчин чармайлтыг удирдан чиглүүлдэг. Орчлон ертөнцийн нууцыг гүнзгийрүүлэн судлах тусам эрчим хүчийг хадгалах нь олон янзын үзэгдлүүдийг хооронд нь холбож, байгалийн ертөнцийн тухай уялдаа холбоотой ойлголтыг бий болгодог үндсэн үнэн болох чиглүүлэгч гэрэл хэвээр байна.
