Una de las leyes fundamentales del universo es que la energía no se crea ni destruye, solo cambia de forma. En consecuencia, existen muchas fórmulas de energía. Para entender cómo estas fórmulas son expresiones de lo mismo, es importante entender primero qué quieren decir los físicos cuando hablan de energía. Es una noción enraizada en los conceptos de la física clásica, tal como la expuso Sir Isaac Newton.
La fórmula para la energía del movimiento es KE = .5 × m × v 2, donde KE es energía cinética en julios , m es masa en kilogramos y v es velocidad en metros por segundo. Fuerza y trabajo Las tres leyes del movimiento de Newton forman la base de la física clásica. La primera ley define la fuerza como la que causa el movimiento, y la segunda ley relaciona la fuerza que actúa sobre un objeto con la aceleración que experimenta. Si una fuerza (F) acelera un cuerpo a través de una distancia (d), realiza una cantidad de trabajo (W) igual a la fuerza multiplicada por la distancia multiplicada por un factor que representa el ángulo entre ellos (θ, la letra griega theta ) Como expresión matemática, esto significa W = F × d × (cos (θ)). Las unidades métricas para fuerza son newtons, las de distancia son metros y las de trabajo newton-meter o joules. La energía es la capacidad para hacer el trabajo, y también se expresa en julios. Energía cinética y potencial Un objeto en movimiento posee su energía de movimiento, que es equivalente al trabajo que haría se le pedirá que lo detenga. Esto se llama energía cinética, y depende del cuadrado de la velocidad del objeto (v) y de la mitad de su masa (m). Matemáticamente, esto se expresa como E (k) = (.5) × m × v 2. Un objeto en reposo en el campo gravitacional de la Tierra posee energía potencial en virtud de su altitud; si cayera libremente, obtendría energía cinética igual a esta energía potencial. La energía potencial depende de la masa del objeto, su altura (h) y la aceleración debida a la gravedad (g). Matemáticamente, esto es E (p) = m • h • g. Energía Eléctrica El cálculo de la energía en los sistemas eléctricos depende de la cantidad de corriente que fluye a través de un conductor (I) en amperios, así como en el potencial eléctrico, o voltaje (V), impulsando la corriente, en voltios. Al multiplicar estos dos parámetros se obtiene la potencia de la electricidad (P) en vatios, y la multiplicación de P por el tiempo durante el cual la electricidad fluye (t) en segundos da la cantidad de energía eléctrica en el sistema, en julios. La expresión matemática de la energía eléctrica en un circuito conductor es E (e) = P × t = V × I × t. De acuerdo con esta relación, dejar una bombilla de 100 vatios encendiéndose durante un minuto consume 6.000 joules de energía. Esto es equivalente a la cantidad de energía cinética que tendría una roca de 1 kilogramo si la arrojas desde una altura de 612 metros (ignorando la fricción del aire). Algunas otras formas de energía La La luz que vemos es un fenómeno electromagnético que tiene energía en virtud de las vibraciones de paquetes de ondas llamadas fotones. El físico alemán Max Planck determinó que la energía de un fotón es proporcional a la frecuencia (f) con la que vibra, y calculó la constante de proporcionalidad (h), que se llama la constante de Planck en su honor. La expresión de la energía de un fotón es, por lo tanto, E (p) = h × f. Según la teoría de la relatividad de Albert Einstein, cada partícula de materia tiene energía potencial inherente proporcional a la masa de la partícula y al cuadrado de la velocidad de la luz (c). La expresión relevante es E (m) = m × c 2. Los cálculos de Einstein fueron corroborados por el desarrollo de la bomba atómica.
