Kinetische energie is de energie van massa in beweging. De kinetische energie van een object is de energie die het heeft vanwege zijn beweging.

In de Newtoniaanse (klassieke) mechanica, die macroscopische objecten beschrijft die bewegen met een kleine fractie van de lichtsnelheid, kan de kinetische energie (E) van een massief lichaam in beweging zijn berekend als de helft van zijn massa (m) maal het kwadraat van zijn snelheid (v): E = ½mv2. Merk op dat energie een scalaire grootheid is, d.w.z. het is niet afhankelijk van de richting, en het is altijd positief. Als we de massa verdubbelen, verdubbelen we de energie; Maar als we de snelheid verdubbelen, neemt de energie met een factor vier toe.

Aan het werk

Misschien wel de belangrijkste eigenschap van kinetische energie is het vermogen om werk te doen. Werk wordt gedefinieerd als kracht die in de bewegingsrichting op een object inwerkt. Werk en energie zijn zo nauw met elkaar verbonden dat ze onderling uitwisselbaar zijn. Terwijl bewegingsenergie meestal wordt uitgedrukt als E = ½mv2, wordt werk (W) vaker gezien als kracht (F) maal afstand (d): W = Fd. Als we de kinetische energie van een enorm object willen veranderen, moeten we eraan werken.

Om bijvoorbeeld een zwaar object op te tillen, moeten we eraan werken om de zwaartekracht te overwinnen en het object omhoog te bewegen. Als het object twee keer zo zwaar is, kost het twee keer zoveel werk om het dezelfde afstand op te tillen. Het kost ook twee keer zoveel werk om hetzelfde object twee keer zo ver op te tillen. Evenzo, om een zwaar voorwerp over een vloer te schuiven, moeten we de wrijvingskracht tussen het voorwerp en de vloer overwinnen. Het vereiste werk is evenredig met het gewicht van het object en de afstand waarmee het wordt verplaatst. (Merk op dat als je een piano op je rug door een gang draagt, je eigenlijk geen echt werk doet.)

Potentiële energie

Kinetische energie kan worden opgeslagen. Het kost bijvoorbeeld moeite om een gewicht op te tillen en op een plank te plaatsen of om een veer samen te drukken. Wat gebeurt er dan met de energie? We weten dat energie wordt behouden, d.w.z. het kan niet worden gecreëerd of vernietigd; het kan alleen van de ene vorm naar de andere worden geconverteerd. In deze twee gevallen wordt de kinetische energie omgezet in potentiële energie, omdat het weliswaar geen werk doet, maar wel het potentieel heeft om werk te doen. Als we het object van de plank laten vallen of de veer loslaten, wordt die potentiële energie weer omgezet in kinetische energie.

Kinetische energie kan ook worden overgedragen van het ene lichaam naar het andere bij een botsing, wat elastisch of niet-elastisch kan zijn. Een voorbeeld van een elastische botsing is dat de ene biljartbal de andere raakt. Door de wrijving tussen de ballen en de tafel of enige spin die aan de speelbal wordt gegeven, te negeren, is idealiter de totale kinetische energie van de twee ballen na de botsing gelijk aan de kinetische energie van de speelbal vóór de botsing.

Een voorbeeld van een inelastische botsing kan een rijdende treinwagon zijn die tegen een soortgelijke stilstaande auto botst en eraan koppelt. De totale energie zou hetzelfde blijven, maar de massa van het nieuwe systeem zou worden verdubbeld. Het resultaat zou zijn dat de twee auto’s met een lagere snelheid in dezelfde richting rijden, zodat mv22 = ½mv12, waarbij m de massa van één auto is, v1 de snelheid van de eerste auto en v2 de snelheid van de gekoppelde auto’s na de botsing. Delen door m en de vierkantswortel van beide zijden nemen, krijgen we v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Merk op dat v2 ≠ ½v1.)

Bovendien kan kinetische energie worden omgezet in andere vormen van energie en vice versa. Kinetische energie kan bijvoorbeeld worden omgezet in elektrische energie door een generator of in thermische energie door de remmen van een auto. Omgekeerd kan elektrische energie worden omgezet in kinetische energie door een elektromotor, thermische energie kan worden omgezet in kinetische energie door een stoomturbine en chemische energie kan worden omgezet in kinetische energie door een interne verbrandingsmotor.

Jim Lucas is een freelance schrijver en redacteur die gespecialiseerd is in natuurkunde, astronomie en techniek. Hij is algemeen directeur van Lucas Technologies.