Hva er formelen for energi?
En av de grunnleggende lover han universet er at energi verken oppstå eller forsvinne - den bare endrer form. Følgelig mange formler for energi eksisterer. 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 som har sine røtter i begrepene klassisk fysikk som belyses av Sir Isaac Newton.
Force og arbeid
Newtons tre lover om bevegelse danner grunnlaget for klassisk fysikk. Den første lov definerer kraft som den som forårsaker bevegelse, og den andre lov vedrører den kraft som virker på en gjenstand for å akselerasjonen det gjennomgår. Hvis en kraft (F) akselererer et legeme gjennom en distanse (d), betyr det en mengde arbeid (W) lik kraften multiplisert med avstanden ganger en faktor som utgjør vinkelen mellom dem (theta). Som et matematisk uttrykk, betyr dette W = F • • d (cosinus theta). De metriske enheter for kraft er newton, de for avstand er meter og de for arbeid er newton-meter, eller joule. Energi er kapasiteten for å gjøre arbeidet, og det er også uttrykt i joule.
Kinetisk og potensiell energi
Et objekt i bevegelse i besittelse av sin energi fra bevegelse, som er ekvivalent med det arbeid som ville være nødvendig for å bringe den til å hvile. Dette kalles dens kinetiske energi, og det er avhengig av kvadratet av gjenstandens hastighet (v), så vel som halvparten av massen (m). Matematisk er dette uttrykt som E (k) = 1/2 • m • v • v. Et objekt i ro i jordens gravitasjonsfelt i besittelse av potensiell energi på grunn av sin høyde; hvis det skulle falle fritt, vil det få kinetisk energi lik denne potensielle energi. Potensiell energi er avhengig av gjenstandens masse, dens høyde (h) og den akselerasjon som skyldes gravitasjonen (g). Matematisk er dette E (p) = m • h • g.
Elektrisk energi
Beregningen av energi i elektriske systemer avhenger av mengden av strøm som flyter gjennom en leder (I) i ampere, så vel som på det elektriske potensial eller spenning (V), som driver strøm, i volt. Multiplisere disse to parametrene gir kraften til elektrisitet (P) i watt, og multiplisere P av den tiden elektrisitet strømmer (t) i sekunder gir mengde elektrisk energi i systemet, i joule. Den matematiske uttrykket for elektrisk energi i en ledende krets er E (e) = P • t = V • I • t. Ifølge dette forholdet, etterlot seg en 100-watts lyspære brenner i ett minutt expends 6000 joule energi. Dette er ekvivalent med mengden av kinetisk energi et 1-kilo stein ville ha hvis man droppet det fra en høyde på 612 meter (ignorerer luftfriksjon).
Noen andre energiformer
Lyset vi ser er en elektromagnetisk fenomen som har energi på grunn av vibrasjoner av pakker av bølger kalt fotoner. Tyske fysikeren Max Planck bestemt at energien til et foton er proporsjonal frekvens (f) som den vibrerer, og han beregnet proporsjonalitetskonstant (h), som kalles Plank konstant i hans ære. Uttrykket for energien til et foton er således E (p) = h • f. Ifølge Albert Einsteins relativitetsteori, hver partikkel av materie har iboende potensiell energi proporsjonal med partikkelens masse og kvadratet av lysets hastighet (c). Den relevante uttrykket er E (m) = m • c ^ 2. Einsteins beregninger ble bekreftet av utviklingen av atombomben.