Energia kinetyczna to energia masy w ruchu. Energia kinetyczna obiektu to energia, którą ma on z powodu ruchu.

W mechanice newtonowskiej (klasycznej), która opisuje makroskopowe obiekty poruszające się z niewielkim ułamkiem prędkości światła, energia kinetyczna (E) masywnego ciała w ruchu może być obliczona jako połowa jego masy (m) razy kwadrat jego prędkości (v): E = ½mv2. Zauważ, że energia jest wielkością skalarną, tj. Nie zależy od kierunku i zawsze jest dodatnia. Kiedy podwajamy masę, podwajamy energię; jednak gdy podwoimy prędkość, energia wzrośnie czterokrotnie.

Zabierz się do pracy

Być może najważniejszą właściwością energii kinetycznej jest jej zdolność do wykonywania pracy. Pracę definiuje się jako siłę działającą na obiekt w kierunku ruchu. Praca i energia są ze sobą tak ściśle powiązane, że można je stosować zamiennie. Podczas gdy energia ruchu jest zwykle wyrażana jako E = ½mv2, praca (W) jest częściej traktowana jako siła (F) razy odległość (d): W = Fd. Jeśli chcemy zmienić energię kinetyczną masywnego obiektu, musimy nad nim popracować.

Na przykład, aby podnieść ciężki przedmiot, musimy pokonać siłę grawitacji i przesunąć obiekt do góry. Jeśli przedmiot jest dwa razy cięższy, podniesienie go na tę samą odległość wymaga dwa razy więcej pracy. Podniesienie tego samego przedmiotu dwa razy wyżej również zajmuje dwa razy więcej pracy. Podobnie, aby przesunąć ciężki przedmiot po podłodze, musimy pokonać siłę tarcia między obiektem a podłogą. Wymagana praca jest proporcjonalna do ciężaru przedmiotu i odległości, na jaką jest przesuwany. (Zwróć uwagę, że jeśli nosisz fortepian na plecach w korytarzu, tak naprawdę nie wykonujesz żadnej prawdziwej pracy).

Energia potencjalna

Energia kinetyczna może zostać zmagazynowana. Na przykład podniesienie ciężarka i umieszczenie go na półce lub ściśnięcie sprężyny wymaga pracy. Co się wtedy dzieje z energią? Wiemy, że energia jest zachowana, tj. Nie można jej stworzyć ani zniszczyć; można go tylko przekształcić z jednej formy w inną. W tych dwóch przypadkach energia kinetyczna jest zamieniana na energię potencjalną, ponieważ chociaż w rzeczywistości nie wykonuje pracy, ma potencjał do wykonania pracy. Jeśli upuścimy przedmiot z półki lub zwolnimy sprężynę, ta energia potencjalna zostanie z powrotem zamieniona na energię kinetyczną.

Energia kinetyczna może być również przenoszona z jednego ciała na drugie podczas zderzenia, które może być elastyczne lub nieelastyczne. Jednym z przykładów zderzenia sprężystego może być uderzenie jednej kuli bilardowej w drugą. Ignorując tarcie między piłeczkami a stołem lub jakąkolwiek rotację przekazaną bili białej, najlepiej byłoby, gdyby całkowita energia kinetyczna dwóch bil po zderzeniu była równa energii kinetycznej bili białej przed zderzeniem.

Przykładem nieelastycznej kolizji może być zderzenie jadącego pociągu z podobnym wagonem stacjonarnym i sprzęgnięcie się z nim. Całkowita energia pozostałaby taka sama, ale masa nowego systemu zostałaby podwojona. W rezultacie dwa samochody jadą w tym samym kierunku z mniejszą prędkością, tak że mv22 = ½mv12, gdzie m to masa jednego samochodu, v1 to prędkość pierwszego samochodu, a v2 to prędkość połączonych samochodów po zderzenie. Dzieląc przez m i biorąc pierwiastek kwadratowy z obu stron, otrzymujemy v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Zauważ, że v2 ≠ ½v1.)

Dodatkowo, energia kinetyczna może zostać zamieniona na inne formy energii i odwrotnie. Na przykład energia kinetyczna może zostać przekształcona w energię elektryczną przez generator lub w energię cieplną przez hamulce samochodu. I odwrotnie, energia elektryczna może zostać przekształcona z powrotem w energię kinetyczną przez silnik elektryczny, energię cieplną można przekształcić w energię kinetyczną za pomocą turbiny parowej, a energię chemiczną można przekształcić w energię kinetyczną za pomocą silnika spalinowego.

Jim Lucas jest niezależnym pisarzem i redaktorem specjalizującym się w fizyce, astronomii i inżynierii. Jest dyrektorem generalnym Lucas Technologies.