Pohybová a polohová energie
V souvislosti s prací zavádíme novou veličinu a tou je energie E. Jednou z forem energie je i teplo. Nyní se budeme zabývat energií jako formou uschované práce (také jí proto označujeme jako mechanická energie). Např. když fotbalista kopne do míče, vykoná práci. A míč letí (fotbalista jej uvedl prací do pohybu), protože mu udělil energii. Takže změnil práci na energii (a je to možné i opačně, změnit energii na práci), proto obě veličiny, práce i energie, mají stejnou základní jednotkou joule (J).
Rozeznáváme dva druhy energie, pohybovou (kinetickou) a polohovou (potenciální).
Pohybová (kinetická) energie
O pohybovou energii Ek se jednalo v předchozím příkladě, když fotbalista kopne do míče a ten letí v daném směru. Pohybovou energii mají všechny pohybující se tělesa, např. všechny dopravní prostředky. Na pohybovou energii má vliv rychlost a hmotnost pohybujícího se tělesa. Např. čím rychleji auto jede, tím více práce musí vykonávat jeho motor a proto je větší i jeho pohybová energie.
Ve vzorci je m hmotnost, v je rychlost tělesa v m/s.
Polohová (potenciální) energie
Polohová energie Ep se týká těles, která jsou v určité výšce, tudíž by svým volným pádem vykonávala pohyb (a po dopadu i práci; například kulička se po pádu z výšky zaryje do písku a udělá kráter - zrnka písku uvede do pohybu). Jsou to i děti na vrcholu skluzavky nebo sportovci na horní hraně U-rampy. Aby těleso mělo pohybovou energii, musíme ho umístit do určité výšky nad nulovou hladinu. Nulová hladina je místo, vzhledem ke kterému určujeme výšku. Například při zvedání míče vážícího 150 g ze Země do výšky 1 metru je nulová hladina Země. Při zvednutí musíme vykonat určitou práci, kterou vypočítáme jako:
A tato práce je rovna polohové energii. Proto vzorec je:
Ze vzorce je zřejmé, že velikost polohové energie je tím větší, čím má těleso větší hmotnost m a v čím větší výšce h se nachází.
Zákon zachování energie
Energie se může měnit na práci a naopak. Stejně tak se jednotlivé druhy energie mohou měnit mezi sebou. Nejtypičtějším příkladem je zvedání gumového míčku do výšky 1 metru, přičemž vykonáváme určitou práci. Ve výšce 1 metr míček upustíme na zem. A jak se vyvíjí jednotlivé druhy energie?
Ve výšce 1 metr je polohová energie Ep nejvyšší. Jak míček padá dolů, zrychluje a stoupá jeho pohybová energie Ek. S klesající výškou ale klesá jeho polohová energie. Pokud by šlo o ideální děj (volný pád tělesa bez odevzdání jakékoli energie vnějšímu prostředí), součet polohové a pohybové energie by byl vždy stejný a neměnil by se. Měnily by se jenom hodnoty polohové a pohybové energie. Při pádu by ta první klesala a tá druhá zase rostla.
Je to tzv. zákon zachování mechanické energie: Za ideálních podmínek se celková mechanická energie tělesa nemění. Přičemž celková mechanická energie tělesa je vždy součtem jeho kinetické a potenciální energie.
Avšak kulička musí čelit odporu vzduchu, tudíž část energie ve formě tepla odevzdá (nejedná se tedy o ideální děj). Část energie se také odevzdá podlaze při dopadu a odrazu, což zapříčiní, že kulička již podruhé nevyletí do stejné výšky, ale o něco níže. Zákon zachování energie říká, že energie nemůže zmizet nebo se vypařit, jenom mění své formy.
Pokud říkáme, že elektrárna vytváří, vyrábí energii, také se jedná jenom o proměnu. Např. proud vody z přehrady předá svou pohybovou energii turbíně a roztočí ji. Turbína je pevně spojena s generátorem, který se roztáčí a přeměňuje mechanickou energii na elektřinu.
Také když říkáme, že energie byla spotřebována, např. mixérem, tak ve skutečnosti se jen proměnila na jinou formu, část na pohybovou energii, kterou mixér vykonal, část na teplo, které vzniklo zahřátím mixéru i jeho okolí.
