Sadržaj
Jedan od osnovnih zakona svemira je da se energija ne stvara niti uništava - ona samo mijenja oblike. Shodno tome, postoje mnoge formule za energiju. Da bismo razumjeli kako su te formule izrazi iste stvari, važno je prvo razumjeti što fizičari znače kad govore o energiji. To je pojam ukorenjen u konceptima klasične fizike kako ih je razjasnio Sir Isaac Newton.
Formula energije pokreta je KE = .5 × m × v2 gdje je KE kinetička energija u džulima, m je masa u kilogramima, a v brzina u metrima u sekundi.
Sila i rad
Newtonska tri zakona pokreta čine osnovu klasične fizike. Prvi zakon definira silu kao onu koja uzrokuje gibanje, a drugi zakon odnosi silu koja djeluje na objekt s ubrzanjem koje podliježe. Ako sila (F) ubrza tijelo kroz daljinu (d), ona čini količinu rada (W) jednaku sili pomnoženoj s razmakom puta faktorom koji predstavlja kut između njih (θ, grčko slovo theta ). Kao matematički izraz to znači W = F × d × (cos (θ)). Mjerne jedinice za silu su newtoni, one za udaljenost su brojila, a one za rad su newton-metri ili džouli. Energija je sposobnost za obavljanje poslova, a izražava se i u džulima.
Kinetička i potencijalna energija
Objekt u pokretu posjeduje energiju pokreta, ekvivalentnu radu koji bi bio potreban da bi ga odmorili. To se naziva njegova kinetička energija i ovisi o kvadraturi brzine objekata (v) kao i o polovici njegove mase (m). Matematički se to izražava kao E (k) = (.5) × m × v2, Objekt u mirovanju u Zemljinom gravitacijskom polju posjeduje potencijalnu energiju zahvaljujući svojoj visini; ako bi slobodno pao, dobio bi kinetičku energiju jednaku ovoj potencijalnoj energiji. Potencijalna energija ovisi o masi predmeta, njegovoj visini (h) i ubrzanju zahvaljujući gravitaciji (g). Matematički, ovo je E (p) = m • h • g.
Električna energija
Izračun energije u električnim sustavima ovisi o količini struje koja teče kroz provodnik (I) u amperima, kao i o električnom potencijalu, odnosno naponu (V), koji pokreće struju, u voltima. Pomnožavanjem ova dva parametra dobiva se snaga električne energije (P) u vatovima, a množenjem P u vremenu tijekom kojeg struja struje (t) u sekundi daje količinu električne energije u sustavu u džulima. Matematički izraz za električnu energiju u provodnom krugu je E (e) = P × t = V × I × t. Prema tom odnosu, ostavljanjem 100-vatne žarulje koja gori jednu minutu troši 6000 džula energije. To je ekvivalent količini kinetičke energije koju bi imala 1-kilogramska stijena da je bacate s visine od 612 metara (zanemarujući trenje u zraku).
Neki drugi oblici energije
Svjetlost koju vidimo je elektromagnetska pojava koja ima energiju zahvaljujući vibracijama paketa valova zvanih fotoni. Njemački fizičar Max Planck utvrdio je da je energija fotona proporcionalna frekvenciji (f) s kojom on vibrira, a izračunao je konstantu proporcionalnosti (h), koju u njegovu čast naziva Plancksova konstanta. Stoga je izraz energije fotona E (p) = h × f. Prema Albert Einsteinovoj teoriji relativnosti, svaka čestica materije ima svojstvenu potencijalnu energiju proporcionalnu masi čestica i kvadraturi brzine svjetlosti (c). Relevantni izraz je E (m) = m × c2, Einsteinove proračune potkrijepio je razvojem atomske bombe.