Kinetiese energie

In fisika en dinamika is kinetiese energie die energie wat 'n voorwerp met 'n massa besit as gevolg van sy beweging. 'n Vaste liggaam se kinetiese energie kan gekwantifiseer word deur die volgende wiskundige vergelyking:

$E_{\text{k}}={\tfrac {1}{2}}mv^{2}$

Kinetika is die wetenskap wat handel oor die invloed van (wring)kragte op die beweging van stoflike liggame.

Verskillende energievorme

Die omskrywing van energie kom van Thomas Young (1773–1829), maar een van die vroeë wetenskaplikes wat van die energiebegrip gebruik gemaak het was Galileo Galilei (1564–1642). Hy het waargeneem dat die snelheid wat ’n vallende bal bereik, hom in staat moet stel om weer te styg nadat dit die aarde getref het.

Die Britse wetenskaplike Thomas Young het vir die begrip energie gesorg.

Die snelheid maak dit vir die bal (of ander voorwerp) moontlik om die greep van swaartekrag af te skud en opwaarts te beweeg en gevolglik arbeid te verrig. Energie is dus die vermoë om arbeid te verrig en kom in verskillende vorme voor, waaronder potensiële energie en kinetiese energie, chemiese energie, hitte en kernenergie. Dié vorme van energie kan in ander vorms omgesit word maar energie kan nie geskep of vernietig word nie en die totale hoeveelheid energie bly onveranderd.

In die heelal speel potensiële (swaartekrag-) energie en kinetiese energie die grootste rol.

Kernenergie is ’n belangrike vorm van energie wat in die veertigerjare van die vorige eeu bekend geword het en kom kortliks daarop neer dat die bindingsenergie tussen die dele van ’n atoom vrygestel word. Groot hoeveelhede energie word in kernreaksies vrygestel. Wanneer ’n kernbom ontplof, word groot hoeveelhede kernenergie in stralingsenergie omskep.

Die slypproses van ’n stuk metaal is ’n goeie voorbeeld van verskeie energie-omskeppings. In die slypsteen word elektriese energie in kinetiese energie (rotasie) verander. Wrywing tussen die slypsteen en die metaal bring mee dat die kinetiese energie in hitte verander, die losgeskeurde metaaldeeltjies (vonksproei) gloei van die hitte en die hitte word in lig omskep.

Selfs die vibrasies van klankgolwe bevat energie.

Potensiële energie

Enige voorwerp het potensiële energie, oftewel die moontlikheid om arbeid te verrig. Die potensiële energie neem toe met hoogte en die volgende formule geld:

Potensiële energie = massa x gravitasieversnelling x hoogte, kortliks V= mgh.

’n Voorwerp wat val se potensiële energie neem af maar sy kinetiese energie neem toe – mits die uitwerking van wrywing nie in ag geneem word nie. Wanneer die vallende voorwerp die aarde tref, is al die potensiële energie in kinetiese energie omgeskep.

Die elektriese bindingskrag tussen atome in ’n molekule is ’n vorm van potensiële energie (chemiese energie) en die elektriese lading in ’n elektriese veld het potensiële elektrostatiese energie.

Kinetiese energie

Die woord kineties is afgelei van die Griekse woord kinetikos of kinein, wat beweging beteken. Enige voorwerp wat beweeg, het die vermoë om werk te doen en het dus energie. ’n Krieketbal wat deur ’n bouler geboul word, het kinetiese energie. ’n Mens wat verspring, het kinetiese energie. ’n Motorfiets wat deur die verkeer vleg, het kinetiese energie.

Hoe vinniger voertuie ry (kinetiese energie), hoe langer neem dit om tot stilstand te kom wanneer hulle onverwags moet rem.

Die Suid-Afrikaanse bouler Johan Botha het kinetiese energie in sy aanloop gebruik en die krieketbal wat sy hand verlaat het, het ook kinetiese energie.

’n Kat wat ’n muis roerloos dophou, het potensiële energie. Chemiese energie sorg dat die kat se spiere saamspan en dan, wanneer hy spring om die muis te vang, verander die chemiese energie in kinetiese energie.

Die formule vir kinetiese energie is natuurlik baie belangrik om verskeie berekeninge te maak. Die stopafstand van ’n bewegende voertuig kan byvoorbeeld bepaal word deur sy snelheid in ag te neem – hoe vinniger dit beweeg, hoe groter is die stopafstand. Die formule vir kinetiese energie bepaal dat, wanneer ’n voertuig se snelheid van 40 kilometer per uur tot 80 kilometer verdubbel, die remafstand met ’n faktor van 4 vergroot omdat die voertuig (waarvan die massa onveranderd bly) se kinetiese energie van v² afhang.

Die remafstand van ’n voertuig wat teen 20 kilometer per uur ry is byvoorbeeld 24 meter. Sou dieselfde voertuig 40 kilometer per uur ry, het hy 96 meter nodig om tot stilstand te kom (faktor van 4).

Kinetiese wrywing

Die begrip van kinetiese wrywing is ook belangrik: ’n Groot vragmotor wat teen ’n sekere snelheid beweeg, sal ’n bepaalde afstand benodig om te rem. Een wat in die groot sandstroke vir vragmotors langs sommige paaie inry wanneer gevaar dreig, sal vanweë kinetiese wrywing met die sand oor ’n veel korter afstand tot stilstand kan kom.

Kinetiese wrywing hang natuurlik af van die aard van die twee oppervlaktes: die koëffisiënt van kinetiese wrywing is slegs 0,03 wanneer ys op ys beweeg maar 0,2 wanneer hout op hout beweeg. Wanneer rubber op droë sement beweeg, is die faktor 0,8, wat beteken dat die kinetiese wrywing baie hoog is.

Bronne

1. England, Nick. Physics Matters. Second Edition. Hodder & Stoughton. 1989. ISBN 0-340-63935-0
2. Giancoli, Douglas C. Physics. Principles with Applications. Prentice Hall. 1998. ISBN 0-13-611971-9
3. Odendal, F.F. & Gouws, R.H. HAT. Handwoordeboek van die Afrikaanse Taal, Vyfde uitgawe. Pearson Education. 2010. ISBN 978-1-77025-665-1
4. Paneel redakteurs. The New Book of Popular Science. Grolier Inc. 1988. ISBN 0-7172-1215-7
5. Paneel redakteurs. Wêreldspektrum Volume 6. Ensiklopedie Afrikana. 1983. ISBN 0-908409-4-7-8