Из чего состоит энергия

Для ученых энергия на самом деле не вещь, а значит, она не состоит из чего-то другого, подобно тому, как дом строится из кирпичей.

Энергия больше похожа на емкость. Способность – это способность что-то делать.

Энергия и работа

Подумайте о музыканте: у него есть способность играть на музыкальном инструменте. Художник имеет способность рисовать.

Энергия – это способность чего-то совершать работу.

Что-то работает, когда оно оказывает силу на другой объект, заставляя объект двигаться в определенном направлении.

Что это значит? Ну, представьте, кто-то бросает вам мяч, а вы бьете по нему битой. Когда бита ударяет по мячу, она меняет скорость и направление движения мяча.

Энергия — это способность биты изменить направление движения мяча. Когда она раскачивается, она может изменить направление удара любого мяча.

Когда вы размахиваете битой, вы вкладываете в нее энергию, накопленную в ваших мышцах. Чем сильнее вы замахиваетесь, тем больше работы может выполнить бита, а значит, тем больше энергии она несет.

Виды энергии

Есть много способов заставить что-то работать, поэтому существуют разные виды энергии.

Мы уже встречались с одним: раскачиванием биты. Это называется кинетической энергией. Это энергия чего-то, потому что оно движется.

Другой вид энергии – потенциальная энергия. Потенциальная энергия — это способность чего-то совершать работу из-за своего положения по отношению к другим объектам.

Это означает, что размещение вещей в определенных местах дает им энергию.

Вот забавный пример: представьте, что вы ставите ведро с водой на полуоткрытую дверь. Когда кто-то войдет в дверь, ведро упадет ему на голову.

Поскольку ведро находится над дверью, оно может упасть. И когда она падает, ведро может сделать некоторую работу. Она не только намочит любого, кто войдет в дверь, но и ударит его по голове.

Таким образом, ведро способно выполнять работу только потому, что оно поставлено на дверь, а не потому, что оно движется. Эта емкость является потенциальной энергией ведра.

Знаменитое уравнение Эйнштейна

Знаменитый физик Альберт Эйнштейн составил уравнение об энергии, которое вы, возможно, видели раньше: E  =  m  c  ².

В этом уравнении буква E обозначает энергию, m — массу (которая примерно показывает, сколько материи или физического материала содержится в чем-то), а c означает скорость света.

Уравнение, кажется, говорит о том, что энергия равна массе, умноженной на некоторое число. В таком случае, разве энергия не состоит из чего-то?

Не совсем, потому что некоторые вещи без массы могут иметь энергию. Например, свет. Мы знаем, что у него есть энергия, потому что мы улавливаем энергию света солнечными панелями и превращаем ее в электричество.

Но свет состоит из крошечных частиц, называемых фотонами, а фотоны не имеют массы.

Итак, если бы энергия состояла из массы, то у света вообще не было бы энергии! Это сделало бы загадку из солнечной энергии.

Как оказалось, хотя у света нет массы, у него есть нечто, называемое импульсом, которое дает ему возможность совершать работу.

Масса, энергия и импульс

Есть более сложная версия уравнения Эйнштейна, которая показывает, как энергия связана с массой и импульсом.

Важно знать, что свет движется очень быстро. Поскольку количество энергии в чем-то зависит от того, сколько массы умножается на квадрат скорости света, это означает, что небольшой кусочек материи несет много энергии!

Свет проходит почти 300 миллионов метров за одну секунду, что означает, что один килограмм массы эквивалентен почти девяти квинтиллионам джоулей энергии! Это 9 с 18 нулями после нее: 9 000 000 000 000 000 000.

Хитрость заключается в раскрытии этой способности. На самом деле именно так работают ядерные бомбы (и ядерная энергия): они высвобождают энергию, захваченную в материи, чтобы произвести огромный эффект.