En av universums grundläggande lagar är att energi inte skapas eller förstörs - det ändrar bara former. Följaktligen finns det många formler för energi. För att förstå hur dessa formler är uttryck för samma sak är det viktigt att först förstå vad fysiker menar när de pratar om energi. Det är ett begrepp rotat i begreppen klassisk fysik som belyses av Sir Isaac Newton.
Formeln för rörelseenergin är KE = .5 × m × v 2 där KE är kinetisk energi i joules , m är massa i kilo och v är hastighet i meter per sekund. Kraft och arbete Newtons tre lagar om rörelse utgör grunden för klassisk fysik. Den första lagen definierar kraft som den som orsakar rörelse, och den andra lagen avser kraften som verkar på ett föremål mot den acceleration som den genomgår. Om en kraft (F) accelererar en kropp genom ett avstånd (d) gör det en mängd arbete (W) som är lika med kraften multiplicerad med avståndstiderna en faktor som står för vinkeln mellan dem (θ, den grekiska bokstaven theta ). Som ett matematiskt uttryck betyder detta W = F × d × (cos (θ)). De metriska enheterna för kraft är newton, de för avstånd är meter och de för arbete är newton-meter eller joules. Energi är kapaciteten att göra arbete, och det uttrycks också i joules. Kinetisk och potentiell energi Ett föremål i rörelse har sin rörelse energi, vilket motsvarar det arbete som skulle vara skyldig att ta det till vila. Detta kallas dess kinetiska energi, och det är beroende av torgets hastighet (v) och hälften av dess massa (m). Matematiskt uttrycks detta som E (k) = (.5) × m × v 2. Ett objekt i vila i jordens gravitationsfält har potentiell energi på grund av sin höjd; om det skulle falla fritt skulle det få kinetisk energi lika med denna potentiella energi. Potentiell energi är beroende av objektets massa, dess höjd (h) och accelerationen på grund av gravitationen (g). Matematiskt är detta E (p) = m • h • g. Elektrisk energi Beräkningen av energi i elektriska system beror på hur mycket ström som strömmar genom en ledare (I) i ampere, liksom den elektriska potentialen eller spänningen (V), som driver strömmen, i volt. Multiplicering av dessa två parametrar ger kraften i el (P) i watt och multiplicerar P vid den tid då elen strömmar (t) i sekunder ger mängden elektrisk energi i systemet, i joules. Det matematiska uttrycket för elektrisk energi i en ledande krets är E (e) = P × t = V × I × t. Enligt detta förhållande förbrukar en 100-watt glödlampa i en minut 6000 joules energi. Detta motsvarar den mängd kinetisk energi som en 1 kilo sten skulle ha om du tappade den från en höjd av 612 meter (ignorerar luftfriktion). Några andra energiformer The Det ljus vi ser är ett elektromagnetiskt fenomen som har energi på grund av vibrationer av paket med vågor som kallas fotoner. Den tyska fysikern Max Planck bestämde att en fotons energi är proportionell frekvensen (f) med vilken den vibrerar, och han beräkna proportionalitetskonstanten (h), som kallas Plancks konstant till sin ära. Uttrycket för en fotons energi är således E (p) = h × f. Enligt Albert Einsteins Relativitetsteori har varje partikel av materien inneboende potentiell energi som är proportionell mot partikelns massa och ljusets kvadratkvadrat (c). Det relevanta uttrycket är E (m) = m × c 2. Einsteins beräkningar bekräftades av atombombens utveckling.
