Věda a technika v pozadí
Hrníčkový překlápěč

Teorie

Těleso, které se pohybuje, má pohybovou čili kinetickou energii. Těleso, na které působí tíhová síla a je zdviženo do určité výšky nad okolí, má polohovou čili potenciální energii. Souhrnný název pro tyto energie je mechanická energie. Energie je schopnost hmoty konat mechanickou práci, vyjadřuje se tedy ve stejných jednotkách - joulech.

Kinetická energie tělesa o hmotnosti m a rychlosti v je vlastně práce, kterou musíme vykonat, aby dané těleso zrychlilo na danou rychlost. Tedy 

Kinetickou energii mají všechna pohybující se tělesa. Vzhledem k tomu, že kinetická energie závisí na druhé mocnině rychlosti, jsou účinky havárie při třikrát větší rychlosti devítinásobné. Kinetická energie tělesa je veličina relativní. Určujeme ji vždy vzhledem k určité vztažné soustavě, nejčastěji vzhledem k povrchu Země.

Tíhovou potenciální energii tělesa o hmotnosti m zvednutého do výšky h vypočítáme opět z práce, kterou musíme vykonat při zvednutí daného tělesa do výšky h. Tedy

Potenciální energie je veličina relativní. Určujeme ji vždy vzhledem k jinému tělesu, obvykle vzhledem k povrchu Země, vzhledem k podlaze místnosti apod. Tíhovou potenciální energii má např. voda v přehradní nádrži, automobil na kopci nebo zdvižený předmět.

Historie

Christian Huygens v díle Horologium oscillatorium z roku 1673 poprvé vyslovil princip o změně pohybové energie takto: „Pohybují–li se libovolné váhy působením své tíže, nemůže jejich společné těžiště vystoupiti výše než bylo na začátku pohybu“. Podobně pojal tento problém i Daniel Bernoulli. Jean d´Alembert poprvé odvodil zákon o změně pohybové energie na základě dynamických principů Galilea Galileiho a Isaaca Newtona. Problémem se zabýval i Leonharda Euler a Josepha Lagrange. Již v roce 1748 zákon o zachování energie předpověděl Michail Lomonosov. Samotný objev zákona zachování energie se připisuje lodnímu lékaři Juliovi Mayerovi, který si na svých cestách do tropů všiml, že v teplém podnebí je lidská krev v tepnách a žilách téměř stejné barvy. Vysvětlil to tím, že lidské tělo za těchto podmínek nemusí vydávat mnoho energie na udržení tělesné teploty, v krvi se tedy nepřenáší tolik kyslíku. Usoudil také, že při mořském vlnobití se musí voda zahřívat, a vypočítal, jak se mění mechanická energie na vnitřní energii těles. Mayer také prohlásil: „Ex nihilo nihil fiti“ neboli „z ničeho se nic neudělá“. V „učesané“ podobě zazněl tento zákon 23. července 1847 v berlínské fyzikální společnosti. Hermann Helmholz řekl: „Součet kinetické a potenciální energie v izolovaném systému zůstává stálý!“

Robert Mayer.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Friedrich Berrer. Public domain.

Zákon zachování mechanické energie je zvláštním případem zákona zachování energie:

Úhrnná energie v uzavřené soustavě je stálá.

Energie může měnit formy, např. mechanická se mění v elektrickou a naopak, chemická přechází v elektrickou a naopak. Kromě mechanické energie existuje mnoho jiných druhů energie, které se mohou vzájemně přeměňovat. Je to například vnitřní energie tělesa, energie chemická, jaderná, elektrická a další. Všechny tyto druhy energie můžeme srovnávat podle vykonané mechanické práce a měřit je v joulech.