Kinetisk energi er massens energi i bevægelse. Den objektive kinetiske energi er den energi, den har på grund af dens bevægelse.

I newtonsk (klassisk) mekanik, der beskriver makroskopiske objekter, der bevæger sig med en lille brøkdel af lysets hastighed, kan den kinetiske energi (E) af en massiv krop i bevægelse være beregnet som halvdelen af dens masse (m) gange kvadratet af dens hastighed (v): E = ½mv2. Bemærk, at energi er en skalær størrelse, dvs. den afhænger ikke af retning, og den er altid positiv. Når vi fordobler massen, fordobler vi energien; når vi dog fordobler hastigheden, stiger energi med en faktor på fire.

Gå på arbejde

Måske er den vigtigste egenskab ved kinetisk energi dens evne til at udføre arbejde. Arbejde defineres som kraft, der virker på et objekt i bevægelsesretningen. Arbejde og energi er så nært beslægtede, at de kan udskiftes. Mens bevægelsesenergi normalt udtrykkes som E = ½mv2, betragtes arbejde (W) oftere som kraft (F) gange afstand (d): W = Fd. Hvis vi ønsker at ændre en massiv objekts kinetiske energi, skal vi arbejde på den.

For eksempel, for at løfte en tung genstand, skal vi gøre arbejde for at overvinde kraften på grund af tyngdekraften og flytte objektet opad. Hvis genstanden er dobbelt så tung, tager det dobbelt så meget arbejde at løfte den samme afstand. Det tager også dobbelt så meget arbejde at løfte det samme objekt dobbelt så langt. På samme måde skal vi overvinde friktionskraften mellem objektet og gulvet for at glide en tung genstand over et gulv. Det krævede arbejde er proportionalt med genstandens vægt og afstanden, den flyttes. (Bemærk, at hvis du bærer et klaver på ryggen ned ad gangen, udfører du faktisk ikke noget rigtigt arbejde.)

Potentiel energi

Kinetisk energi kan lagres. For eksempel tager det arbejde at løfte en vægt og lægge den på en hylde eller at komprimere en fjeder. Hvad sker der så med energien? Vi ved, at energi er bevaret, dvs. den kan ikke skabes eller ødelægges; det kan kun konverteres fra en form til en anden. I disse to tilfælde omdannes den kinetiske energi til potentiel energi, for mens den faktisk ikke udfører arbejde, har den potentialet til at udføre arbejde. Hvis vi taber genstanden fra hylden eller frigør fjederen, omdannes den potentielle energi tilbage til kinetisk energi.

Kinetisk energi kan også overføres fra en krop til en anden i en kollision, som kan være elastisk eller uelastisk. Et eksempel på en elastisk kollision ville være en billardkugle, der ramte en anden. Ignorerer friktionen mellem kuglerne og bordet eller enhver centrifugering, der gives til køkuglen, er ideelt set den samlede kinetiske energi af de to kugler efter kollisionen lig med den kinetiske energi af køkuglen før kollisionen.

Et eksempel på en uelastisk kollision kan være en togvogn i bevægelse, der støder på en lignende stationær bil og kobles til den. Den samlede energi ville forblive den samme, men massen af det nye system ville blive fordoblet. Resultatet ville være, at de to biler fortsætter i samme retning ved en lavere hastighed, således at mv22 = ½mv12, hvor m er massen af en bil, v1 er hastigheden af den første bil, og v2 er hastigheden af de koblede biler efter kollisionen. Ved at dividere med m og tage kvadratroden på begge sider får vi v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Bemærk at v2 ≠ ½v1.)

Derudover kan kinetisk energi omdannes til andre former for energi og omvendt. For eksempel kan kinetisk energi omdannes til elektrisk energi af en generator eller til termisk energi af bremserne på en bil. Omvendt kan elektrisk energi omdannes til kinetisk energi af en elektrisk motor, termisk energi kan konverteres til kinetisk energi af en dampturbine, og kemisk energi kan konverteres til kinetisk energi af en forbrændingsmotor.

Jim Lucas er freelance skribent og redaktør med speciale i fysik, astronomi og teknik. Han er general manager for Lucas Technologies.