Uma das leis fundamentais do universo é que a energia não é criada nem destruída - só muda de forma. Consequentemente, existem muitas fórmulas para energia. Para entender como essas fórmulas são expressões da mesma coisa, é importante primeiro entender o que os físicos querem dizer quando falam sobre energia. É uma noção enraizada nos conceitos da física clássica como elucidada por Sir Isaac Newton.
A fórmula para a energia do movimento é KE = 0,5 × m × v 2, onde KE é energia cinética em joules , m é massa em quilogramas e v é velocidade em metros por segundo. Força e trabalho As três leis do movimento de Newton formam a base da física clássica. A primeira lei define a força como aquela que causa o movimento, e a segunda lei relaciona a força que age sobre um objeto à aceleração que ele sofre. Se uma força (F) acelera um corpo através de uma distância (d), faz uma quantidade de trabalho (W) igual à força multiplicada pela distância vezes um fator que representa o ângulo entre eles (θ, a letra grega theta ). Como expressão matemática, isso significa W = F × d × (cos (θ)). As unidades métricas de força são newtons, as de distância são metros e as de trabalho são newton-metros ou joules. Energia é a capacidade de fazer o trabalho, e também é expressa em joules. Energia cinética e potencial Um objeto em movimento possui sua energia de movimento, o que equivale ao trabalho que seria ser obrigado a trazê-lo para descansar. Isso é chamado de energia cinética, e é dependente do quadrado da velocidade do objeto (v), bem como da metade de sua massa (m). Matematicamente, isso é expresso como E (k) = (0,5) × m × v 2. Um objeto em repouso no campo gravitacional da Terra possui energia potencial em virtude de sua altitude; se caísse livremente, ganharia energia cinética igual a essa energia potencial. A energia potencial depende da massa do objeto, sua altura (h) e a aceleração da gravidade (g). Matematicamente, isso é E (p) = m • h • g. Energia Elétrica O cálculo de energia em sistemas elétricos depende da quantidade de corrente que flui através de um condutor (I) em amperes, bem como sobre o potencial elétrico, ou tensão (V), dirigindo a corrente, em volts. A multiplicação desses dois parâmetros dá a potência da eletricidade (P) em watts, e multiplicando P pelo tempo durante o qual a eletricidade flui (t) em segundos dá a quantidade de energia elétrica no sistema, em joules. A expressão matemática para energia elétrica em um circuito condutor é E (e) = P × t = V × I × t. De acordo com essa relação, deixar uma lâmpada de 100 watts queimando por um minuto gasta 6.000 joules de energia. Isso equivale à quantidade de energia cinética que uma rocha de 1 quilograma teria se a soltasse de uma altura de 612 metros (ignorando a fricção do ar). Algumas outras formas de energia - A luz que vemos é um fenômeno eletromagnético que tem energia em virtude das vibrações de pacotes de ondas chamadas fótons. O físico alemão Max Planck determinou que a energia de um fóton é proporcional à freqüência (f) com a qual ele vibra, e calculou a constante de proporcionalidade (h), que é chamada constante de Planck em sua homenagem. A expressão para a energia de um fóton é, portanto, E (p) = h × f. De acordo com a Teoria da Relatividade de Albert Einstein, cada partícula de matéria tem energia potencial inerente proporcional à massa da partícula e ao quadrado da velocidade da luz (c). A expressão relevante é E (m) = m × c 2. Os cálculos de Einstein foram corroborados pelo desenvolvimento da bomba atômica.
