L'une des lois fondamentales de l'univers est que l'énergie n'est ni créée ni détruite - elle ne fait que changer de forme. Par conséquent, de nombreuses formules pour l'énergie existent. Afin de comprendre comment ces formules sont des expressions de la même chose, il est important de comprendre d'abord ce que les physiciens veulent dire lorsqu'ils parlent d'énergie. C'est une notion enracinée dans les concepts de la physique classique, telle qu'élucidée par Isaac Newton.
La formule de l'énergie du mouvement est KE = .5 × m × v 2 où KE est l'énergie cinétique en joules , m est la masse en kilogrammes et v est la vitesse en mètres par seconde. Force et travail Les trois lois du mouvement de Newton forment la base de la physique classique. La première loi définit la force comme celle qui provoque le mouvement, et la seconde loi relie la force agissant sur un objet à l'accélération qu'il subit. Si une force (F) accélère un corps sur une distance (d), elle fait une quantité de travail (W) égale à la force multipliée par la distance fois un facteur qui rend compte de l'angle entre eux (θ, la lettre grecque theta ). En tant qu'expression mathématique, cela signifie W = F × d × (cos (θ)). Les unités métriques pour la force sont newtons, celles pour la distance sont les mètres et celles pour le travail sont newton-mètres, ou joules. L'énergie est la capacité de faire du travail, et elle est également exprimée en joules. Energie cinétique et potentielle Un objet en mouvement possède son énergie de mouvement, ce qui équivaut au travail qui serait être nécessaire pour l'amener à se reposer. C'est ce qu'on appelle son énergie cinétique, et elle dépend du carré de la vitesse de l'objet (v) ainsi que de la moitié de sa masse (m). Mathématiquement, ceci est exprimé par E (k) = (0,5) × m × v 2. Un objet au repos dans le champ gravitationnel de la Terre possède une énergie potentielle en vertu de son altitude; s'il tombait librement, il gagnerait une énergie cinétique égale à cette énergie potentielle. L'énergie potentielle dépend de la masse de l'objet, de sa hauteur (h) et de l'accélération due à la gravité (g). Mathématiquement, ceci est E (p) = m • h • g. Énergie électrique Le calcul de l'énergie dans les systèmes électriques dépend de la quantité de courant circulant à travers un conducteur (I) dans ampères, ainsi que sur le potentiel électrique, ou la tension (V), conduisant le courant, en volts. La multiplication de ces deux paramètres donne la puissance de l'électricité (P) en watts, et en multipliant P par le temps pendant lequel l'électricité circule (t) en secondes donne la quantité d'énergie électrique dans le système, en joules. L'expression mathématique de l'énergie électrique dans un circuit conducteur est E (e) = P × t = V × I × t. Selon cette relation, laisser brûler une ampoule de 100 watts pendant une minute dépense 6 000 joules d'énergie. Cela équivaut à la quantité d'énergie cinétique qu'une roche de 1 kilogramme aurait si on la lâchait d'une hauteur de 612 mètres (en ignorant la friction de l'air). Quelques autres formes d'énergie La lumière que nous voyons est un phénomène électromagnétique qui a de l'énergie en vertu des vibrations des paquets d'ondes appelés photons. Le physicien allemand Max Planck a déterminé que l'énergie d'un photon est proportionnelle à la fréquence (f) avec laquelle il vibre, et il a calculé la constante de proportionnalité (h), qui est appelée la constante de Planck en son honneur. L'expression de l'énergie d'un photon est donc E (p) = h × f. Selon la théorie de la relativité d'Albert Einstein, chaque particule de matière a une énergie potentielle inhérente proportionnelle à la masse de la particule et au carré de la vitesse de la lumière (c). L'expression pertinente est E (m) = m × c 2. Les calculs d'Einstein ont été corroborés par le développement de la bombe atomique.
