Kinetická a potenciální energie

Koulející se kulečníková koule má energii, protože se pohybuje. Narazí-li pohybující se koule do jiné koule, pohybuje se i ona. První koule způsobí, že druhá změní nárazem místo a vykoná práci. Energie pohybujícího se tělesa se nazývá pohybová, neboli kinetická.

Těleso, které se nepohybuje, nemůže mít kinetickou energii. neznamená to však, že nemá energii žádnou. Představte si horské jezero, které slouží jako vodní nádrž. Dolů do údolí z něho vede potrubí a na jeho konci je kolo s lopatkami. Vytékající voda naráží na lopatky kola a otáčí jím. Otáčející se kolo může vykonávat práci, např. pohánět generátor na výrobu elektrické energie.

Voda z jezera tedy musela mít energii ještě předtím, než začala téci potrubím. Tato energie závisí na poloze a nazývá se potenciální energie. Slovo "potenciální" znamená, že energie je skrytá. Potenciální je tedy ta, kterou lze přeměnit.

Když voda z jezera pohání kolo, energie - v jezeře potenciální - se přeměnila na kinetickou. Tato energie se přenáší na kolo a roztáčí ho. Umístíme - li níže ještě jedno kolo, má voda na úrovni horního kola potenciální energii i pro ně, nemá však potenciální energii pro kolo první. Naáš příklad vodní nádrže ukazuje přeměnu jednoho druhu energie (polohové) na druh jin (energii pohybovou). Tedy stejné jako rozeznáváme různé druhy práce, známe i různé druhy energie. Jaderná se při atomovém výbuchu mění na energii tepelnou a mechanickou. Mechanická se v elektrickém generátoru mění na elektrickou. Tepelná enerhie se v parním stroji mění na mechanickou.

Všechny tyto příklady nám přibližují jeden z nejobecnějších
zákonů přírodovědy - zákon zachování energie. Stanoví, že energii nelze ani stvořit, ani zničit, je možné jen změnit jednu její formu na formu jinou. Nutno dodat, že při její přeměně energie ani nepřibývá, ani neubývá. Někdy se nám ale zdá, že se ztratila, a my se musíme ptát, co se vlastně stalo. Tato otázka nás může přivést k nečekaným výsledkům.

Přestože energii nelze vytvořit nebo zničit, může se ztratit
energie použitelná. Myslíme tím tu energii, která může vykonávat
práci. Určité její množství však promarníme, přemění se na formu, která již není použitelná.

Podívejme se na příklad kyvadly (obrázek kyvadla) . Když se
pohybuje, zaručuje nám přeměnu kinetické energie na energii
potenciální a naopak. V nejnižším bodu dráhy dosahuje nejvyšší
rychlosti; všechna jeho energie je kinetická. V nejvyšších bodech dráhy se před sestupem zastaví - a utu je všechna jeho energie potenciální. Po jisté době zjistíme, že se výkyvy zkracují, až se kyvadlo zastaví. Jeho energie se úplně "ztratila" - ale kam?
Odpověď skrývá zjištění, že se kyvadlo i okolní vzduch nepozorovatelně zahřívaly. Nakonec se všechna mechanická energie změnila na tepelnou energii, která je v našem případě nepoužitelná. To, že je tepelná energie nepoužitelná, neznamená, že by se energie zničila, je však možno si představit podmínky, kyd by se i ona přeměnila zčásti v práci.