სამყაროს ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონია ის, რომ ენერგია არც იქმნება და არც განადგურებულია - ის მხოლოდ ფორმებს ცვლის. შესაბამისად, ენერგიის მრავალი ფორმულა არსებობს. იმისათვის, რომ გავიგოთ, თუ როგორ წარმოადგენენ ეს ფორმულები ერთსა და იმავეს, მნიშვნელოვანია პირველ რიგში გავიგოთ, რას გულისხმობენ ფიზიკოსები, როდესაც ისინი ენერგიაზე საუბრობენ. ეს არის ცნება, რომელიც დაფუძნებულია კლასიკური ფიზიკის კონცეფციებში, რასაც განმარტა სერ ისააკ ნიუტონი.
მოძრაობის ენერგიის ფორმულაა:
KE = 0.5 \ ჯერ მ \ ჯერ v ^ 2
სადაც KE არის კინეტიკური ენერგია ჯოულებში, m არის მასა კილოგრამებში და v არის სიჩქარე მეტრებში წამში.
ძალა და სამუშაო
ნიუტონის მოძრაობის სამი კანონი ქმნის საფუძველს კლასიკური ფიზიკისთვის. პირველი კანონი განსაზღვრავს ძალას, როგორც ის, რაც იწვევს მოძრაობას, ხოლო მეორე კანონი უკავშირებს ობიექტზე მოქმედ ძალას მის მიერ გატარებულ აჩქარებას. თუ ძალა (F) აჩქარებს სხეულს მანძილიდან (d), ის ასრულებს სამუშაოს (W) ძალის ტოლს გამრავლებული მანძილზე გამრავლებული ფაქტორით, რომელიც ითვალისწინებს მათ შორის კუთხეს (θ, ბერძნული ასო) თეტა). როგორც მათემატიკური გამოთქმა, ეს ნიშნავს:
W = Fd \ cos {\ theta}
ძალის მეტრული ერთეულებია ნიუტონი, მანძილიდან დაშორებულია მეტრი, ხოლო სამუშაოსთვის არის ნიუტნომერი, ან ჯული. ენერგია არის სამუშაოების შესრულების შესაძლებლობა და ის ასევე გამოხატულია ჯოულებით.
კინეტიკური და პოტენციური ენერგია
მოძრავი ობიექტი ფლობს მისი მოძრაობის ენერგიას, რაც ექვივალენტურია სამუშაოს, რომელიც დასჭირდება მის მოსვენებაში. ამას ეწოდება მისი კინეტიკური ენერგია და იგი დამოკიდებულია ობიექტის სიჩქარის კვადრატზე (v) და აგრეთვე მასის (მ) ნახევარზე. დედამიწის გრავიტაციულ ველში მოსვენებული ობიექტი ფლობს პოტენციურ ენერგიას მისი სიმაღლის გამო; თუ იგი თავისუფლად დაეცემოდა, ის მიიღებდა კინეტიკურ ენერგიას, რომელიც ტოლია ამ პოტენციური ენერგიისა. პოტენციური ენერგია დამოკიდებულია ობიექტის მასაზე, მის სიმაღლეზე (h) და სიმძიმის გამო (g) აჩქარებაზე. მათემატიკურად, ეს არის:
PE = მგ
Ელექტრული ენერგია
ელექტროენერგეტიკულ სისტემაში ენერგიის გაანგარიშება დამოკიდებულია ა დირიჟორი (I) ამპერებში, ასევე ელექტრული პოტენციალი, ან ძაბვა (V), მიმდინარე დენის მართვა, ვოლტი ამ ორი პარამეტრის გამრავლება იძლევა ელექტროენერგიის (P) სიმძლავრეს ვატებში და P გამრავლება დროის მიხედვით რომლის დროსაც ელექტროენერგია წამებში მიედინება (t) იძლევა სისტემაში ელექტროენერგიის რაოდენობას, in ჯოული გამტარ წრეში ელექტრული ენერგიის მათემატიკური გამოხატულებაა:
E_e = Pt = VIt
ამ ურთიერთობის თანახმად, 100 ვატიანი ნათურის წვა ერთი წუთის განმავლობაში ხარჯავს 6000 ჯოულ ენერგიას. ეს ექვივალენტურია კინეტიკური ენერგიის ოდენობას, რომელსაც 1 კილოგრამიანი კლდე ექნებოდა, თუ მას 612 მეტრი სიმაღლიდან ჩამოაგდებდით (ჰაერის ხახუნის უგულებელყოფა).
ენერგიის ზოგიერთი სხვა ფორმა
სინათლე, რომელსაც ვხედავთ, არის ელექტრომაგნიტური ფენომენი, რომელსაც აქვს ენერგია ტალღების პაკეტების ვიბრაციების შედეგად, რომლებსაც ფოტონები ეწოდება. გერმანელმა ფიზიკოსმა მაქს პლანკმა დაადგინა, რომ ფოტონის ენერგია პროპორციულია იმ სიხშირის (f) რომელთანაც არის ის ვიბრირებს და მან გამოითვალა პროპორციულობის მუდმივი (h), რომელსაც მასში პლანკის მუდმივას უწოდებენ პატივი. ფოტონის ენერგიის გამოხატულებაა:
E_p = hf
ალბერტ აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის თანახმად, მატერიის თითოეულ ნაწილაკს აქვს თანდაყოლილი პოტენციური ენერგია, ნაწილაკის მასისა და სინათლის სიჩქარის კვადრატის (c) პროპორციული. შესაბამისი გამოთქმაა:
E_m = mc ^ 2
აინშტაინის გამოთვლები დადასტურებულია ატომური ბომბის შექმნით.