Содержание
Один из фундаментальных законов вселенной заключается в том, что энергия не создается и не разрушается - она только меняет формы. Следовательно, существует много формул для энергии. Чтобы понять, как эти формулы являются выражением одного и того же, важно сначала понять, что имеют в виду физики, когда говорят об энергии. Это понятие коренится в понятиях классической физики, объясненных сэром Исааком Ньютоном.
Формула для энергии движения имеет вид KE = .5 × m × v2 где KE - кинетическая энергия в джоулях, m - масса в килограммах, а v - скорость в метрах в секунду.
Сила и Работа
Три закона движения Ньютона составляют основу классической физики. Первый закон определяет силу как то, что вызывает движение, а второй закон связывает силу, действующую на объект, с ускорением, которому он подвергается. Если сила (F) ускоряет тело на расстояние (d), оно выполняет работу (W), равную силе, умноженной на расстояние, умноженное на коэффициент, который учитывает угол между ними (θ, греческая буква тета). ). В качестве математического выражения это означает W = F × d × (cos (θ)). Метрическими единицами измерения силы являются ньютоны, для расстояния - метры, а для работы - ньютон-метры или джоули. Энергия - это способность выполнять работу, и она также выражается в джоулях.
Кинетическая и Потенциальная Энергия
Движущийся объект обладает своей энергией движения, которая эквивалентна работе, которая потребовалась бы, чтобы привести его в состояние покоя. Это называется его кинетической энергией, и она зависит от квадрата скорости объекта (v), а также от половины его массы (м). Математически это выражается как E (k) = (.5) × m × v2, Объект в состоянии покоя в гравитационном поле Земли обладает потенциальной энергией в силу своей высоты; если бы он падал свободно, он получил бы кинетическую энергию, равную этой потенциальной энергии. Потенциальная энергия зависит от массы объекта, его высоты (h) и ускорения под действием силы тяжести (g). Математически это E (p) = m • h • g.
Электроэнергия
Расчет энергии в электрических системах зависит от количества тока, протекающего через проводник (I) в амперах, а также от электрического потенциала или напряжения (V), управляющего током, в вольтах. Умножение этих двух параметров дает мощность электричества (P) в ваттах, а умножение P на время, в течение которого электричество течет (t) в секундах, дает количество электрической энергии в системе в джоулях. Математическое выражение для электрической энергии в проводящей цепи E (e) = P × t = V × I × t. Согласно этим отношениям, если оставить лампочку на 100 ватт горящей в течение одной минуты, израсходовано 6000 джоулей энергии. Это эквивалентно количеству кинетической энергии, которую мог бы получить камень весом в 1 килограмм, если бы вы уронили его с высоты 612 метров (без учета трения воздуха).
Некоторые другие формы энергии
Свет, который мы видим, - это электромагнитное явление, которое обладает энергией благодаря колебаниям пакетов волн, называемых фотонами. Немецкий физик Макс Планк определил, что энергия фотона пропорциональна частоте (f), с которой он вибрирует, и рассчитал постоянную пропорциональности (h), которая в его чести называется постоянной Планка. Таким образом, выражение для энергии фотона имеет вид E (p) = h × f. Согласно теории относительности Альберта Эйнштейна, каждая частица материи обладает собственной потенциальной энергией, пропорциональной массе частиц и квадрату скорости света (с). Соответствующее выражение E (m) = m × c2, Расчеты Эйнштейна были подтверждены разработкой атомной бомбы.