Töö ja kineetiline energia

Kahe esimese sammuna püüame avardada Newtoni keelt liikumise kirjeldamiseks. Esmalt toome sisse ühe uue liikumismõõdu, mis on impulsiga ühel alusel, kuid ei asenda teda. Seda nimetatakse kineetiliseks energiaks (K) ja ta on defineeritud valemiga

Kiiruse teise astmesse tõstmine teeb kineetilisest energiast suunata suuruse. Olgu kiirus positiivne või negatiivne, tema ruut on alati positiivne. Vastassuunaliste liikumiste kineetiline energia ei taandu välja. Selleks, et hoomata, et see on rahuldav liikumismäära mõõt, käsitleme tagasipaiskuva püssi juhtumit. Newtoni järgi saavad kuul ja püss võrdsed ning vastassuunalised impulsid: kui püss on 100 korda raskem, liigub kuul 100 korda kiiremini. Siin tõstab terve mõistus kisa: kuul annab ju hoopis hirmsama löögi! Püssi tagasipõrge on meile talutav, kuid kindlasti ei tahaks me kuulitabamust. Kuna kineetiline energia sõltub kiiruse ruudust, ei võrdsusta see mõõt püssi ja kuuli. Kuul saab 100 korda rohkem kineetilist energiat kui püss ja see energia purustabki sihtmärgi.

Järgmise sammuna määratleme tööks nimetatava suuruse. See on jõu poolt üle kantava energia mõõduks. Töö arvutamiseks korrutatakse jõu väärtus kaugusega, milleni keha liigub jõu mõjumise suunas. Kui on tegemist näiteks gravitatsioonijõuga, võtame arvesse ainult vertikaalnihke. Matemaatilisse rüüsse saab selle definitsiooni riietada trigonomeetrilise koosinusfunktsiooni abil:

kus θ on nurk jõu ja liikumissuuna vahel ja x on läbitud tee. Kui θ on 0 ja 90° vahel, toimub liikumine edasisuunas, koosinus on positiivne ja töö lisandab liikuvale kehale energiat. Vahemikus 90 kuni 180 kraadi on koosinus negatiivne ja keha energiat vähendatakse. Täpselt 90° juures on koosinus 0, ja tööd ei tehta. Just seda nõudis meie kolmepunktiline programm.

Toome näite. Auto kiireneb paigalseisust, töö siirdab talle energiat. Jõud mõjub sõiduki liikumissuunas, cosθ = 1 ja töö on võrdne paljalt Fx-ga. Kui teisi jõude mõjumas ei ole, võime selle lihtsalt võrdsustada kineetilise energiaga. Tegelikus elus peame muidugi arvestama, et osa tööd läheb kaotsi hõõrdumise ja õhutakistuse ületamiseks ega lähe kineetilise energia kasvatamiseks.

Töö mõistet võiks rakendada ühtlaselt liikuvale autole ka Aristotelese käsituses. Sel juhul teeb mootori tekitatud jõud küll tööd, kuid see töö ei kulu kineetilise energia manustamiseks.Ometi ei lähe töö kaotsi, vaid muundub teisteks energialiikideks.