Jedan od temeljnih zakona svemira je da se energija ne stvara niti uništava - ona samo mijenja oblike. Slijedom toga, postoje mnoge formule za energiju. Da bi se razumjelo kako su ove formule izrazi iste stvari, važno je prvo razumjeti što fizičari misle kada govore o energiji. To je pojam ukorijenjen u konceptima klasične fizike koje je razjasnio Sir Isaac Newton.
Formula za energiju kretanja je:
KE = 0,5 \ puta m \ puta v ^ 2
gdje je KE kinetička energija u džulima, m je masa u kilogramima, a v je brzina u metrima u sekundi.
Sila i rad
Newtonova tri zakona gibanja čine osnovu za klasičnu fiziku. Prvi zakon definira silu kao onu koja uzrokuje gibanje, a drugi zakon povezuje silu koja djeluje na objekt s ubrzanjem kojemu podliježe. Ako sila (F) ubrzava tijelo kroz udaljenost (d), ona izvršava količinu rada (W) jednaku sili pomnoženo s udaljenošću pomnoženom s faktorom koji uzima u obzir kut između njih (θ, grčko slovo theta). Kao matematički izraz to znači:
W = Fd \ cos {\ theta}
Metričke jedinice za silu su njutni, one za udaljenost su metri, a one za rad njutn-metri ili džuli. Energija je sposobnost obavljanja posla, a izražava se i u džulima.
Kinetička i potencijalna energija
Predmet u pokretu posjeduje svoju energiju kretanja, koja je ekvivalentna radu koji bi bio potreban za njegovo mirovanje. To se naziva njegova kinetička energija i ovisi o kvadratu brzine objekta (v), kao i o polovici njegove mase (m). Predmet koji miruje u gravitacijskom polju Zemlje posjeduje potencijalnu energiju zahvaljujući svojoj nadmorskoj visini; ako bi slobodno padao, dobio bi kinetičku energiju jednaku toj potencijalnoj energiji. Potencijalna energija ovisi o masi objekta, njegovoj visini (h) i ubrzanju uslijed gravitacije (g). Matematički je ovo:
PE = mgh
Električna energija
Proračun energije u električnim sustavima ovisi o količini struje koja prolazi kroz a vodič (I) u amperima, kao i na električni potencijal ili napon (V), koji pokreću struju, u volti. Množenjem ova dva parametra dobiva se snaga električne energije (P) u vatima, a množenjem P s vremenom tijekom kojih struja struje (t) u sekundama daje količinu električne energije u sustavu, u džula. Matematički izraz za električnu energiju u provodnom krugu je:
E_e = Pt = VIt
Prema ovom odnosu, ostavljanje žarulje od 100 vata koja gori jednu minutu troši 6000 džula energije. To je ekvivalent količini kinetičke energije koju bi imala stijena od 1 kilograma ako biste je spustili s visine od 612 metara (zanemarujući trenje zraka).
Neki drugi oblici energije
Svjetlost koju vidimo elektromagnetski je fenomen koji ima energiju zahvaljujući vibracijama paketa valova koji se nazivaju fotoni. Njemački fizičar Max Planck utvrdio je da je energija fotona proporcionalna frekvenciji (f) s kojom vibrira i izračunao je konstantu proporcionalnosti (h), koja se u njegovoj naziva Planckova konstanta čast. Izraz za energiju fotona je tako:
E_p = hf
Prema Teoriji relativnosti Alberta Einsteina, svakoj čestici tvari svojstvena je potencijalna energija proporcionalna masi čestice i kvadratu brzine svjetlosti (c). Relevantan izraz je:
E_m = mc ^ 2
Einsteinovi izračuni potkrijepljeni su razvojem atomske bombe.
