In dit hoofdstuk gaan we leren de beweging van voorwerpen te beschrijven met behulp van het begrip energie. In de eerste paragraaf introduceren we een aantal soorten energie en de bijbehorende formules en gaan we het hebben over energieomzettingen.

Als we een stukje willen rennen, dan hebben we daar energie voor nodig. Als een vliegtuig opstijgt, dan is daar energie voor nodig. Als een lamp licht geeft, dan verbruikt deze lamp energie. Energie is overal om ons heen. Maar wat is energie eigenlijk? Als we zeggen dat een voorwerp energie heeft, dan kan dit twee dingen betekenen. Als een voorwerp beweegt, dan zeggen we dat het voorwerp kinetische energie (E_kin) heeft. Als het voorwerp de potentie heeft zichzelf of een ander voorwerp in beweging te brengen, dan zeggen we dat het voorwerp potentiële energie (E_pot) heeft.

De hoeveelheid kinetische energie dat een bewegend voorwerp heeft, kunnen we berekenen met de volgende formule:

Voor alle formules in deze paragraaf geldt dat je de grootheden moet invullen in SI-eenheden. De massa in deze formule wil je bijvoorbeeld altijd in kilogram geven en de snelheid in meter per seconde. De SI-eenheid van de energie is de joule.

Een andere bekende soort energie is de zwaarte-energie. Als we een voorwerp optillen, dan heeft het de potentie om weer naar beneden te vallen. Daarom zeggen we dat elk voorwerp dat zich op een bepaalde hoogte bevindt, een hoeveelheid zwaarte-energie heeft. De hoeveelheid zwaarte-energie berekenen we als volgt:

Een andere bekende soort energie is de veerenergie. Dit is de energie die opgeslagen zit in een ingedrukte of uitgerekte veer. De veerenergie berekenen we als volgt:

Een andere energiesoort is de warmte (Q) die ontstaat door wrijving. Dat wrijving voor warmte zorgt kunnen we goed zien in de volgende afbeelding, gemaakt met een infrarood camera. We zien hier de warmte die ontstaat bij het remmen van een fiets.

De warmte die hierbij ontstaat berekenen we als volgt:

Er zijn nog vele andere soorten energie. Zo hebben we bijvoorbeeld de chemische energie (E_ch). Dit is de energie die is opgeslagen in de bindingen tussen atomen. Een bekend voorbeeld is de energie die in brandstoffen als benzine is opgeslagen. Chemische energie zit ook in bijvoorbeeld voedsel en batterijen. Daarnaast hebben we ook nog bijvoorbeeld elektrische energie (E_elek) en stralingsenergie (E_straling). Met stralingsenergie wordt de straling bedoeld in licht. We voelen deze energie bijvoorbeeld als we in de zon lopen.

Al deze soorten energie kunnen in elkaar worden omgezet. Neem bijvoorbeeld de verbranding van voedsel in het lichaam. Met behulp van de energie die hierbij vrij komt kunnen we ons lichaam bewegen en houden we ons lichaam op temperatuur. In dit voorbeeld is chemische energie uit het voedsel dus omgezet in kinetische energie en warmte. Deze energieomzetting schrijven we als volgt op:

$$ E_{ch} = E_{kin} + Q $$

Nog een voorbeeld. Als we een lampje aansluiten op een batterij, dan wordt in de batterij chemische energie omgezet in elektrische energie en warmte. In de lamp wordt deze elektrische energie op zijn beurt weer omgezet in stralingsenergie en warmte. Deze energieomzettingen schrijven we als volgt op:

$$ E_{ch} = E_{elek} + Q $$ $$ E_{elek} = E_{straling} + Q $$