Енергія — це фізична величина, яка характеризує здатність тіла (системи тіл) виконувати роботу.
Енергію позначають символом E (або W ). Одиниця енергії в СІ, як і роботи, — джоуль:
Чим більшу роботу може виконати тіло, тим більшу енергією це тіло має. Під час виконання механічної роботи енергія тіла змінюється. Отже, механічна робота є мірою зміни енергії тіла.
Тіло, підняте над поверхнею Землі, має певну енергію, зумовлену притяганням тіла до Землі. Таку енергію називають потенціальною.
Потенціальна енергія Ep — це енергія, зумовлена взаємодією тіл або частин тіла.
Потенціальна енергія піднятого на деяку висоту тіла дорівнює роботі, яку виконає сила тяжіння за час падіння тіла з цієї висоти: Ep = A = Fтяж⋅l.
Оскільки Fтяж = mg, а l = h, то Ep = mgh.
Потенціальна енергія піднятого тіла дорівнює добутку маси m тіла, прискорення вільного падіння g і висоти h, на якій розташоване тіло:
Потенціальна енергія тіла залежить від висоти, на якій перебуває тіло, тому вибір нульового рівня — рівня, від якого буде вимірюватися висота, — впливає на значення потенціальної енергії.
У пружно деформованому тілі частини тіла взаємодіють силами пружності. Якщо тіло «звільнити», то сили пружності повернуть його до недеформованого стану, виконавши механічну роботу. Отже, пружно деформоване тіло теж має потенціальну енергію.
Потенціальну енергію пружно деформованої (розтягненої або стисненої) пружини визначають за формулою:
де k — жорсткість; x — видовження пружини.
Згадаємо приклад із кулею для боулінгу: вона котиться, розкидує кеглі й зменшує швидкість свого руху. Куля виконує механічну роботу, тому механічна енергія кулі зменшується. Разом з тим потенціальна енергія кулі до і після зіткнення з кеглями залишається незмінною, адже весь час куля перебуває на тій самій висоті, — змінюється тільки швидкість її руху. Отже, енергія, яка дозволила кулі виконати роботу, була зумовлена рухом кулі. У фізиці цю енергію називають кінетичною.
Кінетична енергія залежить від маси тіла та швидкості його руху.
Кінетична енергія — це енергія, яка зумовлена рухом тіла і дорівнює половині добутку маси тіла на квадрат швидкості його руху:
де Ek — кінетична енергія тіла; m — маса тіла; v — швидкість руху тіла.
Доволі часто тіло має і потенціальну, і кінетичну енергії. Наприклад, літак, що летить над землею на деякій висоті, має і потенціальну енергію (бо взаємодіє із землею), і кінетичну енергію (бо рухається).
Суму кінетичної і потенціальної енергій тіла називають повною механічною енергією тіла: