Kinetisk energi är massans energi i rörelse. Ett objekts kinetiska energi är den energi det har på grund av dess rörelse.

I Newtonian (klassisk) mekanik, som beskriver makroskopiska objekt som rör sig med en liten bråkdel av ljusets hastighet, kan den kinetiska energin (E) för en massiv kropp i rörelse beräknat som hälften av dess massa (m) gånger kvadraten av dess hastighet (v): E = ½mv2. Observera att energi är en skalär kvantitet, dvs. den beror inte på riktning och den är alltid positiv. När vi fördubblar massan, fördubblar vi energin; men när vi fördubblar hastigheten ökar energin med en faktor fyra.

Gå till jobbet

Den kanske viktigaste egenskapen hos kinetisk energi är dess förmåga att utföra arbete. Arbete definieras som kraft som verkar på ett objekt i rörelseriktningen. Arbete och energi är så nära besläktade att de kan utbytas. Medan rörelseenergi vanligtvis uttrycks som E = ½mv2 betraktas arbete (W) oftare som kraft (F) gånger avstånd (d): W = Fd. Om vi vill förändra den kinetiska energin hos ett massivt föremål, måste vi arbeta med det.

Till exempel, för att lyfta ett tungt föremål måste vi göra arbete för att övervinna kraften på grund av tyngdkraften och flytta objektet uppåt. Om objektet är dubbelt så tungt tar det dubbelt så mycket arbete att lyfta det på samma avstånd. Det tar också dubbelt så mycket arbete att lyfta samma objekt dubbelt så långt. På samma sätt måste vi övervinna friktionskraften mellan objektet och golvet för att skjuta ett tungt föremål över ett golv. Arbetet som krävs är proportionellt mot objektets vikt och avståndet det flyttas. (Observera att om du bär ett piano på ryggen i en korridor, gör du inte något verkligt arbete.)

Potentiell energi

Kinetisk energi kan lagras. Det krävs till exempel arbete för att lyfta en vikt och placera den på en hylla eller för att komprimera en fjäder. Vad händer med energin då? Vi vet att energi bevaras, dvs. den kan inte skapas eller förstöras; det kan bara konverteras från en form till en annan. I dessa två fall omvandlas den kinetiska energin till potentiell energi, för även om den inte faktiskt gör arbete har den potentialen att göra arbete. Om vi släpper föremålet från hyllan eller släpper fjädern, omvandlas den potentiella energin tillbaka till kinetisk energi.

Kinetisk energi kan också överföras från en kropp till en annan i en kollision, som kan vara elastisk eller oelastisk. Ett exempel på en elastisk kollision skulle vara en biljardboll som slår mot en annan. Om man ignorerar friktionen mellan kulorna och bordet eller någon snurrning som ges till köbollen, är idealt den totala kinetiska energin för de två bollarna efter kollisionen lika med den kinetiska energin för köbollen före kollisionen.

Ett exempel på en oelastisk kollision kan vara en tågvagn i rörelse som stöter på en liknande stillastående bil och kopplas till den. Den totala energin skulle förbli densamma, men massan i det nya systemet skulle fördubblas. Resultatet skulle vara att de två bilarna fortsätter i samma riktning vid en lägre hastighet så att mv22 = ½mv12, där m är massan av en bil, v1 är hastigheten för den första bilen, och v2 är hastigheten för de kopplade bilarna efter kollisionen. När vi delar på m och tar kvadratroten på båda sidor får vi v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Observera att v2 ≠ ½v1.)

Dessutom kan kinetisk energi omvandlas till andra energiformer och vice versa. Till exempel kan kinetisk energi omvandlas till elektrisk energi av en generator eller till termisk energi av bromsarna på en bil. Omvänt kan elektrisk energi omvandlas tillbaka till kinetisk energi med en elektrisk motor, termisk energi kan omvandlas till kinetisk energi av en ångturbin och kemisk energi kan omvandlas till kinetisk energi av en förbränningsmotor.

Jim Lucas är en frilansande författare och redaktör som specialiserat sig på fysik, astronomi och teknik. Han är chef för Lucas Technologies.