Energia – czym właściwie jest? Może wydawać się, że to proste pytanie, w końcu używamy jej non stop. Jeśli jednak spróbujemy dotrzeć do samej istoty tego zjawiska, fizycy muszą uczciwie przyznać – nie wiemy. Umiemy ją bardzo dokładnie obliczać i mierzyć. Nawet całkiem sprawnie zamieniamy jedną formę energii na inną. Potrafimy wymienić wiele jej przykładów: mechaniczną, chemiczną, jądrową, czy energię
elektryczną. Każda z tych form energii jest skryta w otaczającym nas świecie. Czasami sama daje o sobie znać, a czasami trzeba się trochę napracować, by ją wydobyć. Nie możemy jednak energii pozyskać, ani stworzyć z niczego. To podstawowa zasada gry w naszym Wszechświecie.

Energia kinetyczna i potencjalna

O energii mechanicznej dowiadujemy się już w szkole podstawowej. Mimo całej tajemniczości energii, ta konkretna forma jest na tyle namacalna, że jej wyobrażenie nie stanowi problemu. Dzielimy ją na kinetyczną i potencjalną. Kinetyczna to energia związana z ruchem. Jeśli coś się porusza, obraca, leci lub jedzie – na pewno ją posiada. Im szybciej obiekt się porusza, tym większa jest jego energia kinetyczna. Natomiast potencjalna to energia związana z grawitacją naszej planety. Jeśli podniesiemy przedmiot nad powierzchnię Ziemi, nadajemy mu tę energię. Im wyżej znajdzie się obiekt, tym większa ona będzie.

Zasada zachowania energii w praktyce

Fakt, że energii nie da się stworzyć „ot tak”, doprowadził naukowców do sformułowania zasady zachowania energii. Mówi ona, że energia może zmieniać swoją formę, ale nie może po prostu wyparować. Najbardziej intuicyjnie pokazują to wzajemne przemiany między energią kinetyczną a potencjalną. W praktyce idealnie ilustruje to prosty przyrząd: koło Maxwella.

Jak działa koło Maxwella?

Przyrząd ten składa się z ciężkiego koła osadzonego na wale, na który nawinięte są sznurki. Gdy podnosimy koło do góry, zużywamy własną energię, by przekazać ją układowi w postaci tej potencjalnej. Po puszczeniu go, grawitacja robi swoje i podczas opadania koła energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną wirującego układu. Najciekawszy moment następuje, gdy sznurki całkowicie się rozwiną. Koło dzięki nabytej energii kręci
się dalej i... zaczyna samo nawijać sznurki z powrotem. Proces ten powtarza się wielokrotnie, a koło „wędruje” góra-dół.

Doświadczenie w Muzeum Grawitacji

Jeżeli odwiedzicie Muzeum Grawitacji to zapewne zauważycie, że koło Maxwella przy każdym powrocie unosi się nieco niżej niż poprzednio. Choć energia potencjalna zamieniana jest na kinetyczną i odwrotnie, to koło nie jest układem idealnie odizolowanym. Podczas ruchu „część energii ucieka” do otoczenia. Sznurki trą o wał, a całe koło o powietrze, co powoduje minimalne rozgrzewanie się elementów (powstaje energia cieplna).