Kinetisk energi er massenes energi i bevegelse. Den kinetiske energien til et objekt er energien den har på grunn av bevegelsen.

I newtonsk (klassisk) mekanikk, som beskriver makroskopiske objekter som beveger seg med en liten brøkdel av lysets hastighet, kan den kinetiske energien (E) til en massiv kropp i bevegelse være beregnet som halvparten av massen (m) ganger kvadratet av hastigheten (v): E = ½mv2. Merk at energi er en skalar størrelse, dvs. den avhenger ikke av retning, og den er alltid positiv. Når vi dobler massen, dobler vi energien; når vi dobler hastigheten, øker imidlertid energien med en faktor på fire.

Gå i arbeid

Den viktigste egenskapen til kinetisk energi er kanskje dens evne til å gjøre arbeid. Arbeid er definert som kraft som virker på et objekt i bevegelsesretningen. Arbeid og energi er så nært beslektet at de kan byttes ut. Mens bevegelsesenergi vanligvis uttrykkes som E = ½mv2, blir arbeid (W) oftere betraktet som kraft (F) ganger avstand (d): W = Fd. Hvis vi vil endre kinetisk energi til et massivt objekt, må vi gjøre noe med det.

For eksempel, for å løfte en tung gjenstand, må vi gjøre arbeid for å overvinne kraften på grunn av tyngdekraften og flytte gjenstanden oppover. Hvis gjenstanden er dobbelt så tung, tar det dobbelt så mye arbeid å løfte den samme avstand. Det tar også dobbelt så mye arbeid å løfte den samme gjenstanden dobbelt så langt. På samme måte må vi overvinne friksjonskraften mellom objektet og gulvet for å skyve en tung gjenstand over et gulv. Arbeidet som kreves er proporsjonalt med gjenstandens vekt og avstanden den flyttes. (Merk at hvis du bærer et piano på ryggen nedover en gang, gjør du ikke noe reelt arbeid.)

Potensiell energi

Kinetisk energi kan lagres. Det tar for eksempel arbeid å løfte en vekt og legge den på en hylle eller å komprimere en fjær. Hva skjer med energien da? Vi vet at energi er bevart, dvs. den kan ikke skapes eller ødelegges; den kan bare konverteres fra ett skjema til et annet. I disse to tilfellene blir den kinetiske energien konvertert til potensiell energi, for mens den faktisk ikke utfører arbeid, har den potensialet til å gjøre arbeid. Hvis vi slipper gjenstanden fra hyllen eller frigjør fjæren, omdannes den potensielle energien tilbake til kinetisk energi.

Kinetisk energi kan også overføres fra en kropp til en annen i en kollisjon, som kan være elastisk eller uelastisk. Et eksempel på en elastisk kollisjon ville være en biljardkule som slo en annen. Ignorerer friksjonen mellom kulene og bordet eller noe spinn som blir gitt til køen, er ideelt sett den totale kinetiske energien til de to kulene etter kollisjonen lik den kinetiske energien til køen før kollisjonen.

Et eksempel på en uelastisk kollisjon kan være en togbil i bevegelse som støter på en lignende stasjonær bil og kobles til den. Den totale energien ville forbli den samme, men massen til det nye systemet ville bli doblet. Resultatet vil være at de to bilene fortsetter i samme retning ved en lavere hastighet slik at mv22 = ½mv12, hvor m er massen til en bil, v1 er hastigheten til den første bilen, og v2 er hastigheten til de koblede bilene etter kollisjonen. Ved å dele på m og ta kvadratroten på begge sider får vi v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Merk at v2 ≠ ½v1.)

I tillegg kan kinetisk energi konverteres til andre former for energi og omvendt. For eksempel kan kinetisk energi konverteres til elektrisk energi av en generator eller til termisk energi av bremsene på en bil. Omvendt kan elektrisk energi konverteres tilbake til kinetisk energi av en elektrisk motor, termisk energi kan konverteres til kinetisk energi av en dampturbin, og kjemisk energi kan konverteres til kinetisk energi av en forbrenningsmotor.

Jim Lucas er frilansskribent og redaktør som spesialiserer seg i fysikk, astronomi og ingeniørfag. Han er daglig leder for Lucas Technologies.