A kinetikus energia a mozgásban lévő tömeg energiája. A tárgy mozgási energiája az az energia, amely mozgása miatt van.

A newtoni (klasszikus) mechanikában, amely a fénysebesség kis töredékével mozgó makroszkopikus tárgyakat írja le, a mozgásban lévő masszív test kinetikus energiája (E) lehet tömegének (m) felének és a sebességének (v) négyzetének a szorzataként számítva: E = ½mv2. Ne feledje, hogy az energia skaláris mennyiség, azaz nem függ az iránytól, és mindig pozitív. Amikor megduplázzuk a tömeget, megduplázzuk az energiát; ha azonban megduplázzuk a sebességet, az energia négyszeresére növekszik.

Munka kezdete

A kinetikus energia talán legfontosabb tulajdonsága a munkára való képesség. A munkát úgy definiáljuk, mint egy tárgyra a mozgás irányában ható erőt. A munka és az energia olyan szorosan kapcsolódnak egymáshoz, hogy felcserélhetők legyenek. Míg a mozgás energiáját általában E = ½mv2-ként fejezik ki, a munkát (W) gyakrabban az erő (F) és a távolság (d) szorzatának tekintik: W = Fd. Ha meg akarjuk változtatni egy hatalmas objektum mozgási energiáját, meg kell dolgoznunk rajta.

Például egy nehéz tárgy felemeléséhez meg kell dolgoznunk a gravitáció miatti erő leküzdését és a tárgy felfelé mozgatását. Ha az objektum kétszer olyan nehéz, kétszer annyi munkát igényel, hogy azonos távolságra megemelje. Kétszer annyi munka is szükséges, hogy ugyanazt a tárgyat kétszer olyan magasra emeljük. Ehhez hasonlóan ahhoz, hogy egy nehéz tárgyat átsiklhassunk a padlón, le kell győznünk a tárgy és a padló közötti súrlódási erőt. A szükséges munka arányos a tárgy súlyával és az elmozdulás távolságával. (Ne feledje, hogy ha a folyosón a hátán hord zongorát, akkor valójában nem végez valódi munkát.)

Potenciális energia

A kinetikus energia tárolható. Például munkára van szükség egy súly megemeléséhez és egy polcra helyezéséhez vagy egy rugó összenyomásához. Mi történik akkor az energiával? Tudjuk, hogy az energia konzervált, vagyis nem hozható létre vagy semmisíthető meg; csak egyik formából alakítható át a másikba. Ebben a két esetben a mozgási energia átalakul potenciális energiává, mert bár valójában nem munkát végez, képes a munkára. Ha ledobjuk a tárgyat a polcról, vagy elengedjük a rugót, akkor ez a potenciális energia visszaalakul kinetikus energiává.

A kinetikus energia ütközés során egyik testből a másikba is átvihető, amely lehet rugalmas vagy rugalmatlan. A rugalmas ütközés egyik példája az lehet, ha az egyik biliárdgolyó eltalálja a másikat. Figyelmen kívül hagyva a golyók és az asztal közötti súrlódást, vagy a támadó golyónak adott bármilyen pörgést, ideális esetben a két golyó teljes kinetikus energiája az ütközés után megegyezik az ütőgolyó kinetikus energiájával az ütközés előtt.

A rugalmatlan ütközés példája lehet egy mozgó vonatkocsi, amely egy hasonló álló kocsiba ütközik és összekapcsolódik. A teljes energia változatlan maradna, de az új rendszer tömege megduplázódna. Ennek eredményeként a két autó ugyanabban az irányban halad alacsonyabb sebességgel, így mv22 = ½mv12, ahol m egy autó tömege, v1 az első autó sebessége, és v2 a csatlakoztatott autók sebessége az ütközés. Ha m-el osztjuk, és mindkét oldal négyzetgyökét megkapjuk, akkor v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Ne feledje, hogy v2 ≠ ½v1.)

Ezenkívül a kinetikus energia átalakítható más energiákká és fordítva. Például a mozgási energiát átalakíthatják elektromos energiává egy generátor, vagy hőenergiává egy autó fékjei. Ezzel ellentétben az elektromos energiát elektromos motorral, a hőenergiát gőzturbina mozgási energiává, a kémiai energiát pedig belső égésű motorral lehet kinetikus energiává alakítani.

Jim Lucas szabadúszó író és szerkesztő, aki a fizikára, a csillagászatra és a mérnöki tevékenységekre specializálódott. A Lucas Technologies vezérigazgatója.