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Uma das leis fundamentais do universo é que a energia não é criada nem destruída - apenas 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 elucidado por Sir Isaac Newton.
A fórmula para a energia do movimento é KE = 0,5 × m × v2 onde KE é energia cinética em joules, m é massa em quilogramas ev 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 força como aquela que causa movimento, e a segunda lei relaciona a força que age sobre um objeto com a aceleração pela qual ele sofre. Se uma força (F) acelera um corpo através de uma distância (d), realiza uma quantidade de trabalho (W) igual à força multiplicada pela distância vezes um fator que é responsável pelo 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-meter ou joules. Energia é a capacidade de realizar trabalho e também é expressa em joules.
Energia cinética e potencial
Um objeto em movimento possui sua energia de movimento, que é equivalente ao trabalho que seria necessário para colocá-lo em repouso. Isso é chamado de energia cinética e depende do quadrado da velocidade dos objetos (v) e da metade de sua massa (m). Matematicamente, isso é expresso como E (k) = (0,5) × m × v2. 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 dos objetos, de sua altura (h) e da aceleração devido à gravidade (g). Matematicamente, este é E (p) = m • h • g.
Energia elétrica
O cálculo da energia nos sistemas elétricos depende da quantidade de corrente que flui através de um condutor (I) em amperes, bem como do potencial elétrico, ou tensão (V), que direciona a corrente, em volts. A multiplicação desses dois parâmetros fornece a potência da eletricidade (P) em watts e a multiplicação de P pelo tempo durante o qual a eletricidade flui (t) em segundos, fornece 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 esse relacionamento, deixar uma lâmpada de 100 watts acesa por um minuto gasta 6.000 joules de energia. Isso é equivalente à quantidade de energia cinética que uma rocha de 1 quilograma teria se você a derrubasse 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 possui energia em virtude das vibrações de pacotes de ondas chamados fótons. O físico alemão Max Planck determinou que a energia de um fóton é proporcional à frequência (f) com a qual ele vibra, e calculou a constante de proporcionalidade (h), que é chamada de Plancks constante 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 Einsteins, cada partícula de matéria possui energia potencial inerente proporcional à massa das partículas e ao quadrado da velocidade da luz (c). A expressão relevante é E (m) = m × c2. Os cálculos de Einsteins foram corroborados pelo desenvolvimento da bomba atômica.