Liike-energia
Yleiskatsaus

Energia esiintyy monissa muodoissa, joita ovat esimerkiksi kemiallinen energia, lämpöenergia, sähkömagneettinen säteily, gravitaatio­energia, sähköenergia, kimmoenergia, ydinenergia ja lepoenergia. Nämä voidaan jakaa kahteen pääluokkaan: potentiaalienergiaan ja liike-energiaan. Liike-energia on kappaleen liikkeeseen liittyvää energiaa. Se voi siirtyä kappaleesta toiseen tai muuttua muiksi energian muodoiksi.
Liike-energia voidaan parhaiten ymmärtää esimerkkien avulla, jotka osoittavat, miten muita energian muotoja voidaan muuttaa liike-energiaksi ja päinvastoin. Esimerkiksi pyöräilijä käyttää ravinnosta saamaansa kemiallista energiaa polkupyörän kiihdyttämiseksi haluttuun nopeuteen. Kun tietty nopeus on saavutettu, sen ylläpitäminen tasaisella maalla ei enää edellytä lisää työtä enempää kuin kitkan ja ilmanvastuksen voittamiseksi on tarpeen. Kemiallinen energia on täten muuttunut polku­pyörän ja pyöräilijän liike-energiaksi, ei kuitenkaan täydellisesti, sillä osa energiasta on muuttunut lämmöksi.
Polkupyörän ja pyöräilijän liike-energia voi myös muuttua muiksi energian muodoiksi. Esimerkiksi matkan varrella saattaa olla ylämäki, joka on juuri sen korkuinen, että pyöräilijä juuri ja juuri pääsee polkematta, vauhdilla, sen huipulle, jossa polkupyörä tällöin pysähtyy. Liike-energia on tällöin muuttunut gravitaatio­potentiaali­energiaksi, mutta se muuttuu takaisin liike-energiaksi, jos hän jatkaa matkaansa laskeutumalla huipulta alamäkeä pitkin, jolloin hänen vauhtinsa kiihtyy. Koska jonkin verran energiaa on kitkan vuoksi menetetty, hän ei kuitenkaan saa takaisin alku­peräistä nopeuttaan polkematta lisää. Energia ei kuitenkaan häviä, se vain muuttuu toiseen muotoon. Jos polkupyörän johonkin pyörään on kiinnitetty dynamo, se muuttaa osan liike-energiasta sähköenergiaksi. Tällöin polkupyörä saa yhtä suurella voimalla poljettaessa pienemmän nopeuden kuin se saisi ilman dynamoa. Jos taas pyöräilijä painaa jarrua, hänen nopeutensa pienenee ja liike-energiaa muuttuu kitkan vaikutuksesta lämmöksi.
Kuten kaikki nopeudesta riippuvat fysikaaliset suureet, kappaleen liike-energiakin riippuu kappaleen ja havaitsijan suhteellisesta nopeudesta ja siten havaitsijan koordinaatistosta. Näin ollen kappaleen liike-energia ei ole Galilei-invariantti.
Avaruusaluksen laukaisuun käytetään polttoaineesta saatavaa kemiallista energiaa, joka muuttuu liike-energiaksi niin, että alus saa tietyn ratanopeuden. Jos alus kiertää Maata täydellisen ympyrän muotoista rataa pitkin, sen liike-energia pysyy vakiona, koska Maan lähi­avaruudessa ei juuri ole vastustavia voimia. Jos alus kuitenkin laskeutuu jälleen Maan pinnalle, osa tästä liike-energiasta muuttuu lämmöksi. Jos sen rata sen sijaan on elliptinen tai hyperbolinen, aluksen liike- ja potentiaali­energia muuttuvat jatkuvasti toisikseen. Liike-energia on suurimmillaan ja potentiaali­energia pienimmillään aluksen ollessa ratansa lähimpänä maata sijaitsevassa kohdassa, kun taas potentiaali­energia on suurimmillaan ja liike-energia pienimmillään sen ollessa ratansa kauimpana maasta olevassa kohdassa. Mikäli liikettä vastustavia voimia ei ole eikä polttoainetta enää käytetä, aluksen potentiaali- ja liike-energian summa pysyy kuitenkin vakiona.
Liike-energia voi siirtyä kappaleesta toiseen. Esimerkiksi biljardissa pelaaja työntää kepillä valkoista palloa ("kiveä"), jolloin se saa tietyn suuren liike-energian, mutta sen törmätessä johonkin toiseen palloon sen nopeus pienenee huomattavasti; tällöin sen liike-energia siirtyy tähän toiseen palloon, joka lähtee liikkeeseen. Biljardissa pallojen väliset törmäykset ovat käytännössä kimmoisia törmäyksiä, joissa pallojen yhteenlaskettu liike-energia säilyy. Sen sijaan kimmottomissa törmäyksissä liike-energia muuttuu muiksi energian muodoiksi kuten lämmöksi, ääneksi ja kappaleiden sisäiseksi sidosenergiaksi; viimeksi mainittu ilmenee törmäävien kappaleiden muodon­muutoksena tai särkymisenä.
Liike-energiaa voidaan varastoida vauhtipyörään. Tämä osoittaa, että kappaleissa on liike-energiaa, paitsi niiden ollessa etenemis­liikkeessä, myös niiden pyöriessä.
Liike-energialle voidaan esittää useitakin matemaattisia lausekkeita. Ihmisen joka­päiväiseen kokemus­maailmaan voidaan soveltaa Newtonin mekaniikkaa, ja sen mukaan jäykän kappaleen etenemis­liikkeen liike-energia on ½mv², missä m on kappaleen massa ja v sen nopeus. Jos kuitenkin kappaleen nopeus on lähellä valon­nopeutta, suhteellisuus­teoreettiset ilmiöt tulevat merkitseviksi ja on käytettävä suhteellisuus­teorian mukaista kaavaa. Atomin suuruus­luokkaa olevien tai vielä pienempien hiukkasten tapauksessa kvantti­mekaaniset ilmiöt ovat merkittäviä, ja onkin käytettävä kvantti­mekaanista mallia.