A világegyetem egyik alaptörvénye az, hogy az energia nem jön létre és nem semmisül meg - csak formákat változtat meg. Következésképpen az energia sok képlete létezik. Annak megértése érdekében, hogy ezek a képletek miként fejezik ki ugyanazt a dolgot, fontos megérteni, hogy mit értenek a fizikusok, amikor az energiáról beszélnek. Ez a klasszikus fizika fogalmaiban gyökerező fogalom, amelyet Sir Isaac Newton fejtett ki.
A mozgási energia képlete:
KE = 0,5-szer m-szer v ^ 2
ahol KE kinetikus energia joule-ban, m tömeg kilogrammban, v pedig sebesség méterben másodpercenként.
Erő és munka
Newton három mozgástörvénye képezi az alapját a klasszikus fizikának. Az első törvény az erőt úgy határozza meg, mint ami mozgást okoz, a második törvény pedig az objektumra ható erőt kapcsolja össze a gyorsulással. Ha egy erő (F) egy testet (d) keresztül gyorsít fel, akkora munkát (W) végez, amely megegyezik az erővel szorozva a távolság szorzatával egy tényezővel, amely figyelembe veszi a köztük lévő szöget (θ, a görög betű theta). Matematikai kifejezésként ez azt jelenti:
W = Fd \ cos {\ theta}
Az erő metrikus egységei newtonok, a távolság távolságai méterek, a munkához pedig newtonméterek vagy joule. Az energia a munkavégzés képessége, és joule-ban is kifejeződik.
Kinetikus és potenciális energia
A mozgásban lévő tárgy rendelkezik mozgási energiájával, amely megegyezik azzal a munkával, amelyre szükség lenne a pihenéshez. Ezt kinetikus energiának nevezik, és függ az objektum sebességének négyzetétől (v), valamint tömegének felétől (m). A Föld gravitációs mezőjében nyugalmi helyzetben lévő tárgy magassága miatt potenciális energiával rendelkezik; ha szabadon esne, kinetikus energiát nyerne, amely megegyezik ezzel a potenciális energiával. A potenciális energia függ a tárgy tömegétől, magasságától (h) és a gravitáció miatti gyorsulástól (g). Matematikailag ez:
PE = mgh
Elektromos energia
Az elektromos rendszerek energia kiszámítása az a-on átáramló áram mennyiségétől függ vezető (I) amperben, valamint az áramot meghajtó elektromos potenciálon vagy feszültségen (V) volt. E két paraméter szorzata megadja a villamos energia (P) teljesítményét wattban, P-t pedig megszorozva az idővel amelynek során a villamos energia (t) másodpercek alatt áramlik, megadja a rendszerben lévő elektromos energia mennyiségét, in joule. Az elektromos áram matematikai kifejezése egy vezető áramkörben:
E_e = Pt = VIt
E kapcsolat szerint egy 100 wattos villanykörte hagyása egy percig 6000 joule energiát emészt fel. Ez egyenértékű azzal a mozgási energiával, amelyet egy 1 kilogrammos kőzet kapna, ha 612 méter magasból ejtené (figyelmen kívül hagyva a légsúrlódást).
Néhány egyéb energiaforma
Az általunk látott fény elektromágneses jelenség, amelynek energiája van a fotonoknak nevezett hullámcsomagok rezgéseinek köszönhetően. Max Planck német fizikus megállapította, hogy a foton energiája arányos azzal a frekvenciával (f), amellyel rezeg, és kiszámította az arányosság állandóját (h), amelyet Planck állandójának neveznek az övében becsület. A foton energiájának kifejezése tehát:
E_p = hf
Albert Einstein relativitáselmélete szerint az anyag minden részecskéje a részecske tömegével és a fénysebesség négyzetével arányos potenciális energiával rendelkezik (c). A releváns kifejezés:
E_m = mc ^ 2
Einstein számításait alátámasztotta az atombomba kifejlesztése.