Energia cinetică este energia masei în mișcare. Energia cinetică a unui obiect este energia pe care o are datorită mișcării sale.

În mecanica newtoniană (clasică), care descrie obiecte macroscopice care se mișcă cu o mică fracțiune din viteza luminii, energia cinetică (E) a unui corp masiv în mișcare poate fi calculat ca jumătate din masa sa (m) ori pătratul vitezei sale (v): E = ½mv2. Rețineți că energia este o cantitate scalară, adică nu depinde de direcție și este întotdeauna pozitivă. Când dublăm masa, dublăm energia; cu toate acestea, atunci când dublăm viteza, energia crește cu un factor de patru.

Pune-te la lucru

Poate că cea mai importantă proprietate a energiei cinetice este abilitatea sa de a lucra. Munca este definită ca forța care acționează asupra unui obiect în direcția mișcării. Munca și energia sunt atât de strâns legate încât pot fi interschimbabile. În timp ce energia mișcării este de obicei exprimată ca E = ½mv2, lucrarea (W) este mai des gândită ca forța (F) ori distanța (d): W = Fd. Dacă vrem să schimbăm energia cinetică a unui obiect masiv, trebuie să lucrăm la el.

De exemplu, pentru a ridica un obiect greu, trebuie să facem eforturi pentru a depăși forța datorată gravitației și a muta obiectul în sus. Dacă obiectul este de două ori mai greu, este nevoie de două ori mai multă muncă pentru a-l ridica la aceeași distanță. De asemenea, este nevoie de două ori mai multă muncă pentru a ridica același obiect de două ori mai departe. În mod similar, pentru a aluneca un obiect greu pe o podea, trebuie să depășim forța de frecare dintre obiect și podea. Lucrarea necesară este proporțională cu greutatea obiectului și distanța de deplasare a acestuia. (Rețineți că, dacă purtați un pian pe spate pe un hol, nu faceți nicio lucrare reală.)

Energie potențială

Energia cinetică poate fi stocată. De exemplu, este nevoie de muncă pentru a ridica o greutate și a o așeza pe un raft sau pentru a comprima un arc. Ce se întâmplă atunci cu energia? Știm că energia este conservată, adică nu poate fi creată sau distrusă; poate fi convertit doar dintr-o formă în alta. În aceste două cazuri, energia cinetică este convertită în energie potențială, deoarece, deși nu funcționează efectiv, are potențialul de a lucra. Dacă aruncăm obiectul de pe raft sau eliberăm arcul, acea energie potențială este convertită înapoi în energie cinetică.

Energia cinetică poate fi, de asemenea, transferată de la un corp la altul într-o coliziune, care poate fi elastică sau inelastică. Un exemplu de coliziune elastică ar fi o bilă de biliard care lovește alta. Ignorând fricțiunea dintre bile și masă sau orice învârtire impusă mingii tac, în mod ideal energia cinetică totală a celor două bile după coliziune este egală cu energia cinetică a mingii tac înainte de coliziune.

Un exemplu de coliziune inelastică ar putea fi un vagon în mișcare care lovește un vagon staționar similar și se cuplează cu acesta. Energia totală va rămâne aceeași, dar masa noului sistem ar fi dublată. Rezultatul ar fi cele două mașini care continuă în aceeași direcție la o viteză mai mică, astfel încât mv22 = ½mv12, unde m este masa unei mașini, v1 este viteza primei mașini și v2 este viteza mașinilor cuplate după coliziunea. Împărțind la m și luând rădăcina pătrată a ambelor părți obținem v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Rețineți că v2 ≠ ½v1.)

În plus, energia cinetică poate fi convertită în alte forme de energie și invers. De exemplu, energia cinetică poate fi convertită în energie electrică de către un generator sau în energie termică prin frânele unei mașini. În schimb, energia electrică poate fi convertită înapoi în energie cinetică de un motor electric, energia termică poate fi convertită în energie cinetică de o turbină cu abur, iar energia chimică poate fi convertită în energie cinetică de un motor cu ardere internă.

Jim Lucas este un scriitor și editor independent, specializat în fizică, astronomie și inginerie. Este director general al Lucas Technologies.