Kinetická energie je energie hmoty v pohybu. Kinetická energie objektu je energie, kterou má kvůli jeho pohybu.

V newtonovské (klasické) mechanice, která popisuje makroskopické objekty pohybující se malou částí rychlosti světla, lze kinetickou energii (E) hmotného tělesa v pohybu vypočteno jako polovina jeho hmotnosti (m) krát druhá mocnina jeho rychlosti (v): E = ½mv2. Energie je skalární veličina, tj. Nezávisí na směru, a je vždy kladná. Když zdvojnásobíme hmotnost, zdvojnásobíme energii; když však zdvojnásobíme rychlost, energie se zvýší čtyřnásobně.

Pusťte se do práce

Snad nejdůležitější vlastností kinetické energie je její schopnost pracovat. Práce je definována jako síla působící na objekt ve směru pohybu. Práce a energie spolu souvisejí natolik, že jsou zaměnitelné. Zatímco energie pohybu je obvykle vyjádřena jako E = ½mv2, práce (W) je častěji považována za sílu (F) krát vzdálenost (d): W = Fd. Pokud chceme změnit kinetickou energii masivního objektu, musíme na tom pracovat.

Například, abychom mohli zvednout těžký předmět, musíme pracovat na překonání gravitační síly a posunutí objektu nahoru. Pokud je předmět dvakrát tak těžký, zvednout ho na stejnou vzdálenost vyžaduje dvakrát tolik práce. Zvednout stejný objekt dvakrát tak daleko vyžaduje také dvakrát tolik práce. Podobně, abychom mohli sklouznout těžký předmět po podlaze, musíme překonat sílu tření mezi předmětem a podlahou. Požadovaná práce je úměrná hmotnosti objektu a vzdálenosti, kterou se pohybuje. (Pamatujte, že pokud na zádech chodbou nesete klavír, ve skutečnosti neděláte žádnou skutečnou práci.)

Potenciální energie

Kinetickou energii lze uložit. Například je třeba zvednout závaží a umístit jej na polici nebo stlačit pružinu. Co se potom stane s energií? Víme, že energie je konzervovaná, tj. Nemůže být vytvořena nebo zničena; lze jej převést pouze z jednoho formuláře do druhého. V těchto dvou případech se kinetická energie převádí na potenciální energii, protože i když ve skutečnosti nedělá práci, má potenciál vykonávat práci. Pokud předmět odhodíme z police nebo uvolníme pružinu, tato potenciální energie se převede zpět na energii kinetickou.

Kinetická energie může být také přenesena z jednoho těla do druhého při srážce, která může být elastická nebo nepružná. Jedním příkladem pružné kolize by byla jedna kulečníková koule dopadající na druhou. Ignorování tření mezi koulemi a stolem nebo jakékoli otáčení udělené bílé kouli, v ideálním případě je celková kinetická energie dvou koulí po srážce rovna kinetické energii bílé koule před srážkou.

Příkladem nepružné srážky může být jedoucí vlakový vůz, který narazil do podobného stojícího vozu a připojil se k němu. Celková energie by zůstala stejná, ale hmotnost nového systému by se zdvojnásobila. Výsledkem by bylo, aby oba vozy pokračovaly stejným směrem při nižší rychlosti, takže mv22 = ½mv12, kde m je hmotnost jednoho automobilu, v1 je rychlost prvního automobilu a v2 je rychlost spojených vozů po srážka. Dělením m a vynášením druhé odmocniny obou stran dostaneme v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Všimněte si, že v2 ≠ ½v1.)

Kromě toho lze kinetickou energii převést na jiné formy energie a naopak. Například kinetickou energii lze převést na elektrickou energii generátorem nebo na tepelnou energii brzdami automobilu. Naopak elektrická energie může být přeměněna zpět na kinetickou energii pomocí elektromotoru, tepelná energie může být přeměněna na kinetickou energii parní turbínou a chemická energie může být přeměněna na kinetickou energii spalovacím motorem.

Jim Lucas je spisovatel a redaktor na volné noze se specializací na fyziku, astronomii a inženýrství. Je generálním ředitelem Lucas Technologies.