Energie, arbeid en vermogen

Energie is het vermogen om arbeid te verrichten. Alleen door arbeid kunnen er, waar dan ook in het heelal, veranderingen optreden. Daarom is energie de drijfkracht van de natuur. Iedere menselijke beschaving is gebaseerd op de omzetting van verschillende soorten energie in nuttige arbeid.

Energie

De oermens kon in leven blijven doordat hij wist, hoe hij dieren die sterker en sneller waren dan hijzelf kon doden. Door een pijl en boog te gebruiken, kon hij zijn eigen spierkracht – door de pees van de boog te spannen – omzetten in de energie van de beweging van de pijl naar het doel. Als hij zich bij een vuur warmde, maakte de mens onbewust de scheikundige energie van het hout vrij in de vorm van warmte.

Het technisch inzicht van de mens groeide snel. Hij bouwde de eerste machines waarbij energie werd omgezet van de ene vorm in de andere. Door de machines werd dan weer nuttig werk verricht. De eerste stoomlocomotieven, de voorlopers van de technologische revolutie, gebruikten de omzetting van hitte in mechanische energie om passagiers en goederen over de rails te verplaatsen.

Energie is een Grieks woord, dat “werk bevattend” betekend. Er zijn twee basissoorten van energie: potentiële en kinetische.

Een in de lucht hangend gewicht, een gespannen veer of een stuk steenkool, alle drie bevatten ze energie. De energie wordt bepaalt door de plaats van het gewicht, de spanning van de veer en de scheikundige samenstelling van de steenkool. Deze soort opgeslagen energie wordt potentiële energie ofwel statische energie genoemd.

Het is energie die, om arbeid te kunnen verrichten, moet worden vrijgemaakt. Wanneer men het gewicht laat vallen, zal de potentiële energie worden omgezet in het arbeidsvermogen van de beweging. Die energie van de beweging wordt kinetische energie genoemd. Hetzelfde geldt voor de veer, die terugspringt en beweging veroorzaakt in de omringende lucht. Steenkool die wordt verbrand, verhit de luchtmoleculen en zet deze in beweging. Op die manier wordt ook kinetische energie geproduceerd.

Om energie op te slaan, moet kinetische energie eerst worden omgezet in potentiële energie. Om energie arbeid te laten verrichten, moet potentiële energie eerst worden omgezet in kinetische energie.

Wanneer een voorwerp tegen een kracht in wordt bewogen, wordt er arbeid verricht en energie gebruikt. De jager met zijn pijl en boog gebruikt spierkracht om de boogpees te spannen. Op dat ogenblik ligt de energie opgeslagen in de gespannen pees en het gebogen hout van de boog. Wanneer hij de pees loslaat, verandert de potentiële energie onmiddellijk in kinetische energie die arbeid verricht: de pijl vliegt door de lucht.

Een man die een koffer een trap opdraagt, moet een hoeveelheid werk verzetten die wordt bepaalt door de hoogte van de trap en het gewicht van de koffer. Als hij gewoon omhoog loopt, gebrukt hij betrekkelijk weinig vermogen. Als hij hard loopt, verricht hij dezelfde hoeveelheid werk, maar hij doet dat in een kortere tijd. Hij gebruikt dus in totaal evenveel, maar per tijdseenheid veel meer vermogen.