Vienas pagrindinių visatos dėsnių yra tas, kad energija nėra nei kuriama, nei sunaikinama - ji keičia tik formas. Vadinasi, egzistuoja daug energijos formulių. Norint suprasti, kaip šios formulės yra to paties dalyko išraiška, svarbu pirmiausia suprasti, ką fizikai sako kalbėdami apie energiją. Tai samprata, įsišaknijusi klasikinės fizikos sąvokose, kurias išaiškino seras Isaacas Newtonas.
Judėjimo energijos formulė yra:
KE = 0,5 \ kartus m \ kartus v ^ 2
kur KE yra kinetinė energija džauliais, m - masė kilogramais, o v - greitis metrais per sekundę.
Jėga ir darbas
Trys Niutono judesio dėsniai yra klasikinės fizikos pagrindas. Pirmasis dėsnis jėgą apibrėžia kaip judėjimą sukeliančią jėgą, o antrasis - objektą veikiančią jėgą sieja su jo pagreičiu. Jei jėga (F) pagreitina kūną per atstumą (d), ji atlieka darbo kiekį (W), lygų jėgai padaugintas iš atstumo ir koeficiento, apskaičiuojančio kampą tarp jų (θ, graikų raidė teta). Kaip matematinė išraiška tai reiškia:
W = Fd \ cos {\ theta}
Metriniai jėgos vienetai yra niutonai, atstumo - metrai, o darbo - niutonmetrai arba džauliai. Energija yra gebėjimas dirbti, be to, ji išreiškiama džauliais.
Kinetinė ir potenciali energija
Judantis daiktas turi savo judėjimo energiją, kuri prilygsta darbui, kurio reikėtų norint jį pailsėti. Tai vadinama jo kinetine energija, ir ji priklauso nuo objekto greičio kvadrato (v), taip pat nuo pusės jo masės (m). Žemės gravitaciniame lauke ilsintis objektas turi potencialios energijos dėl savo aukščio; jei jis laisvai kris, jis įgis kinetinę energiją, lygią šiai potencialiai energijai. Potenciali energija priklauso nuo objekto masės, jo aukščio (h) ir pagreičio dėl sunkio jėgos (g). Matematiškai tai yra:
PE = mgh
Elektros energija
Energijos apskaičiavimas elektros sistemose priklauso nuo srovės, tekančios per a laidininkas (I) amperais, taip pat elektros srovė arba įtampa (V), varanti srovę, voltai. Padauginus šiuos du parametrus gaunama elektros galia (P) vatais, o padauginus iš laiko kurio metu elektros srovė (t) per kelias sekundes pateikia elektros energijos kiekį sistemoje, džauliai. Elektros energijos laidžiosios grandinės matematinė išraiška yra:
E_e = Pt = VIt
Pagal šį ryšį, paliekant 100 vatų lemputę degti vienai minutei, sunaudojama 6000 džaulių energijos. Tai tolygu kinetinės energijos kiekiui, kurį turėtų 1 kilogramo uola, jei ją numestumėte iš 612 metrų aukščio (nepaisydami oro trinties).
Kai kurios kitos energijos formos
Šviesa, kurią mes matome, yra elektromagnetinis reiškinys, turintis energijos dėl bangų paketų, vadinamų fotonais, virpesių. Vokiečių fizikas Maxas Planckas nustatė, kad fotono energija yra proporcinga dažniui (f), su kuriuo jis virpa, ir jis apskaičiavo proporcingumo (h) konstantą, kuri jo vadinama Plancko konstanta garbė. Taigi fotono energijos išraiška yra tokia:
E_p = hf
Pagal Alberto Einšteino reliatyvumo teoriją, kiekvienai materijos dalelei būdinga potenciali energija, proporcinga dalelės masei ir šviesos greičio kvadratui (c). Atitinkama išraiška yra:
E_m = mc ^ 2
Einšteino skaičiavimus patvirtino atominės bombos sukūrimas.