Hva er formelen for energi?

En av de grunnleggende lovene i universet er at energi verken skapes eller ødelegges - den endrer bare former. Derfor finnes det mange formler for energi. For å forstå hvordan disse formlene er uttrykk for det samme, er det viktig å først forstå hva fysikere mener når de snakker om energi. Det er en forestilling forankret i begrepene klassisk fysikk som belyst av Sir Isaac Newton.

Formelen for bevegelsesenergien er:

der KE er kinetisk energi i joule, m er masse i kilogram og v er hastighet i meter per sekund.

Newtons tre bevegelseslover danner grunnlaget for klassisk fysikk. Den første loven definerer kraft som den som forårsaker bevegelse, og den andre loven relaterer kraften som virker på et objekt til akselerasjonen den gjennomgår. Hvis en kraft (F) akselererer en kropp gjennom en avstand (d), gjør den en mengde arbeid (W) lik kraften multiplisert med avstanden ganger en faktor som utgjør vinkelen mellom dem (θ, den greske bokstaven theta). Som et matematisk uttrykk betyr dette:

De metriske enhetene for styrke er newton, de for avstand er meter og de for arbeid er newton-meter, eller joule. Energi er kapasiteten til å utføre arbeid, og det uttrykkes også i joule.

Et objekt i bevegelse har sin bevegelsesenergi, noe som tilsvarer arbeidet som kreves for å bringe det til ro. Dette kalles dets kinetiske energi, og det er avhengig av kvadratet av objektets hastighet (v) så vel som halvparten av massen (m). Et objekt i ro i jordens gravitasjonsfelt har potensiell energi i kraft av sin høyde; hvis det skulle falle fritt, ville det få kinetisk energi lik denne potensielle energien. Potensiell energi er avhengig av gjenstandens masse, dens høyde (h) og akselerasjonen på grunn av tyngdekraften (g). Matematisk er dette:

Beregningen av energi i elektriske systemer avhenger av mengden strøm som strømmer gjennom en leder (I) i ampere, så vel som på det elektriske potensialet, eller spenning (V), som driver strømmen, inn volt. Å multiplisere disse to parametrene gir kraften til elektrisiteten (P) i watt, og multipliserer P med tiden hvor strømmen strømmer (t) i sekunder gir mengden elektrisk energi i systemet, i joules. Det matematiske uttrykket for elektrisk energi i en ledende krets er:

I følge dette forholdet forlater det å legge en 100-watt lyspære som brenner i ett minutt 6000 joule energi. Dette tilsvarer mengden kinetisk energi en bergart på 1 kilo ville ha hvis du droppet den fra en høyde på 612 meter (ignorerer luftfriksjon).

Lyset vi ser er et elektromagnetisk fenomen som har energi i kraft av vibrasjonene av bølgepakker som kalles fotoner. Den tyske fysikeren Max Planck bestemte at energien til et foton er proporsjonalt med frekvensen (f) som det vibrerer, og han beregnet proporsjonalitetskonstanten (h), som kalles Plancks konstant i sin ære. Uttrykket for energien til en foton er således:

I henhold til Albert Einsteins relativitetsteori har hver materiepartikkel iboende potensiell energi proporsjonal med partikkelens masse og kvadratet av lysets hastighet (c). Det relevante uttrykket er:

Einsteins beregninger ble bekreftet av utviklingen av atombomben.