Una delle leggi fondamentali dell'universo di lui è che energia non è né creato né distrutto - cambia solo forme. Di conseguenza, esistono molte formule per l'energia. Per capire come queste formule sono espressioni della stessa cosa, è importante capire prima cosa fisici dire quando si parla di energia. È un concetto che ha le sue radici nei concetti della fisica classica, come chiarito da Sir Isaac Newton.
Forza e lavoro
Tre leggi di Newton del moto costituiscono la base per la fisica classica. La prima legge definisce forza come quella che provoca il movimento, e la seconda legge riguarda la forza che agisce su un oggetto per l'accelerazione che subisce. Se una forza (F) accelera un corpo attraverso una distanza (d), che fa una quantità di lavoro (W) pari alla forza moltiplicano per la distanza volte un fattore che rappresenta l'angolo tra di loro (teta). Come un'espressione matematica, questo significa W = F•d• (il coseno di theta). L'unità di misura metriche per forza sono Newton, quelli per distanza metri e quelli per il lavoro sono newton-metri, o Joule. L'energia è la capacità per fare il lavoro, ed è anche espresso in Joule.
Energia cinetica e potenziale
Un oggetto in movimento possiede la sua energia di movimento, che è equivalente al lavoro che sarebbe necessari per portare a riposare. Questo è chiamato la sua energia cinetica, e dipende dal quadrato della velocità dell'oggetto (v), nonché una metà della sua massa (m). Matematicamente, questa è espressa come struttura = 1/2•m•v•v. Un oggetto a riposo nel campo gravitazionale terrestre possiede energia potenziale in virtù della sua altitudine; Se dovesse cadere liberamente, potrebbe ottenere energia cinetica uguale a questa energia potenziale. Energia potenziale dipende dalla massa dell'oggetto, la sua altezza (h) e accelerazione di gravità (g). Matematicamente, questo è E(p) = m•h•g.
Energia elettrica
Il calcolo dell'energia nei sistemi elettrici dipende dalla quantità di corrente che fluisce attraverso un conduttore (I) in ampere, così come il potenziale elettrico, o tensione (V), guida la corrente, in volt. Moltiplicando questi due parametri si ottiene la potenza dell'energia elettrica (P) in watt e moltiplicando il tempo durante il quale i flussi di energia elettrica (t) in secondi dà la quantità di energia elettrica nel sistema, in Joule P. L'espressione matematica dell'energia elettrica in un circuito conduttore è E(e) = P•t = V•I•t. Secondo questa relazione, lasciando una lampadina da 100 watt brucia per un minuto spende 6.000 joule di energia. Questo è equivalente alla quantità di energia cinetica che una roccia 1-chilogrammo avrebbe se ti e ' caduta da un'altezza di 612 metri (ignorando l'attrito dell'aria).
Alcune altre forme di energia
La luce che vediamo è un fenomeno elettromagnetico che ha energia in virtù le vibrazioni di pacchetti di onde chiamati fotoni. Fisico tedesco Max Planck ha determinato che l'energia di un fotone è proporzionale alla frequenza (f) con la quale vibra, e ha calcolato la costante di proporzionalità (h), che è denominato costante di Plank in suo onore. L'espressione per l'energia di un fotone è così E(p) = h•f. Secondo la teoria della relatività di Einstein, ogni particella di materia ha energia potenziale inerente proporzionale alla massa della particella e il quadrato della velocità della luce (c). L'espressione rilevante è E(m) = m•c ^ 2. I calcoli di Einstein sono stati confermati tramite lo sviluppo della bomba atomica.