1. Головна
    2. Фізика
    3. Як зрозуміти формулу E=mc2: 7 кроків (з ілюстраціями)

Як зрозуміти формулу E=mc2: 7 кроків (з ілюстраціями)

В одній зі своїх революційних наукових робіт, опублікованій в 1905 році, Альберт Ейнштейн запропонував формулу E=mc2, де Е − енергія, m − маса, с − Швидкість світла у вакуумі.[1] з тих пір вона стала однією з найвідоміших формул у світі. Навіть люди, далекі від фізики, хоча б раз чули про цю формулу і про ту важливу роль, яку вона грає в наших уявленнях про навколишній світ. Однак далеко не всі розуміють, що саме означає дане рівняння. Попросту кажучи, ця формула виражає еквівалентність енергії і маси, пов'язаних між собою простим співвідношенням.[2] це співвідношення, що змінило наше уявлення про енергію, знайшло широке практичне застосування.

Частина1 З 2:
Сенс формули

  1. Розглянемо величини, що входять до рівняння.для розуміння будь-якої формули насамперед слід визначити, які величини в неї входять. У нашому випадку E-це енергія, m-маса, і c − швидкість світла.
    • Швидкість світла у вакуумі-це постійна величина, приблизно дорівнює 3, 00x108 метрів в секунду. З огляду на фундаментальних властивостей енергії вона зводиться в квадрат: тіло, що рухається в два рази швидше, володіє в чотири рази більшою енергією.[3]
    • Швидкість світла є константою, так як якщо ви перетворите будь-яке тіло в чисту енергію, ця енергія буде переміщатися зі швидкістю світла.[4]
  2. Розглянемо поняття енергії.існує безліч видів енергії, в тому числі теплова, електрична, хімічна, ядерна і так далі.[5] енергія може переходити з одного виду в інший, і різні тіла або системи можуть обмінюватися енергією. Основною одиницею вимірювання енергії служить джоуль (Дж).
    • Енергія не може безслідно зникнути або з'явитися з нічого, вона лише приймає різні форми. Наприклад, вугілля володіє великою кількістю потенційної енергії, яка перетворюється в теплову при його згорянні.
    • Кінетична енергія будь-якого тіла пропорційна його масі, помноженої на квадрат швидкості. Загальна енергія тіла дорівнює його масі, помноженої на квадрат швидкості світла у вакуумі.[6]
  3. Розглянемо поняття маси.маса тіла визначається як кількість становить його речовини.[7] слід розрізняти масу і вагу. Вага-це сила тяжіння, що діє на тіло, в той час як маса являє собою кількість речовини, що міститься в цьому тілі. Маса тіла може змінитися лише в тому випадку, коли змінюється воно саме, а вага залежить від гравітаційного поля, в якому знаходиться дане тіло. Маса вимірюється в кілограмах (кг), а вага − в ньютонах (Н).
    • Як і енергія, маса не може виникнути з нічого або безслідно зникнути, але вона здатна змінювати свою форму. Наприклад, кубик льоду може розтанути і перетворитися в воду, проте маса речовини при цьому не зміниться.
  4. Енергія і маса еквівалентні. [8] розглянуте рівність свідчить про те, що енергія еквівалентна масі, і з нього ми можемо визначити, яка кількість енергії міститься в певній масі речовини. Характерно, що навіть в малій масі міститься досить велика кількість енергії.[9]

Частина2 З 2:
Практичне застосування формули

  1. З чого виробляється корисна енергія? БОльшая частина споживаної нами енергії виділяється при згорянні вугілля і природного газу. При цьому вивільняється енергія їх валентних електронів (неспарених електронів у зовнішніх електронних оболонках атомів), задіяних у зв'язках з іншими хімічними елементами. При нагріванні ці зв'язки руйнуються, і при цьому виділяється енергія, яка використовується для різних цілей.
    • Даний спосіб отримання енергії не дуже ефективний і досить шкідливий для навколишнього середовища.
  2. Розглянемо рівняння Ейнштейна, щоб знайти більш ефективні джерела енергії. з рівності E=mc2 ми бачимо, що набагато більше енергії укладено всередині атомних ядер, а не в зовнішніх валентних електронах.[10] при розщепленні атомного ядра виділяється набагато більше енергії, ніж при розриві електронних зв'язків.
    • Ядерна енергетика заснована саме на цьому Законі. У ядерних реакторах відбувається розпад (розщеплення) атомів, при якому виділяється велика кількість енергії.
  3. На рівнянні Ейнштейна засновані багато технологій. Формула E=mc2 призвела до розвитку безлічі нових технологій, без яких неможливо уявити сучасний світ:[11]
    • В позитрон-емісійної томографії явище радіоактивності використовується для того, щоб побачити внутрішні органи людини.
    • Рівняння Ейнштейна зробило можливим розвиток супутникового мобільного зв'язку.
    • Заснований на формулі Ейнштейна радіовуглецевий аналіз дозволяє встановити вік стародавніх об'єктів.
    • Ядерна енергетика - це більш чистий і ефективний спосіб отримання енергії.

Джерела

  1. ↑ Http://www.emc2-explained.info/
  2. ↑ Http://www.universetoday.com/114617/a-fun-way-of-understanding-emc2/
  3. ↑ Http://www.emc2-explained.info/Emc2/Basics.htm#.Vhv1WvlViko
  4. ↑ Http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/legacy-of-e-equals-mc2.html
  5. ↑ Http://www.emc2-explained.info/Emc2/Basics.htm#.Vhv1WvlViko
  6. ↑ Http://www.energytribune.com/2771/understanding-e-mc2#sthash.rGMmdND1.GHIxS837.dpbs
  7. ↑ Http://www.emc2-explained.info/Emc2/Basics.htm#.VhxJCPlVikp
  8. ↑ Http://www.pbs.org/wgbh/nova/einstein/expe-text.html
  9. ↑ Http://www.energytribune.com/2771/understanding-e-mc2#sthash.rGMmdND1.GHIxS837.dpbs
  1. ↑ Http://www.energytribune.com/2771/understanding-e-mc2#sthash.rGMmdND1.GHIxS837.dpbs
  2. ↑ Http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/legacy-of-e-equals-mc2.html

Ще почитати: