Vienā no 1905. gadā publicētajiem Alberta Einšteina revolucionārajiem zinātniskajiem darbiem formula E = mc2 tika prezentēts pasaulei, kurā UN simbolizē enerģiju, m apzīmē masu un ç, attēlo gaismas ātrumu vakuumā. Kopš tā laika E = mc2 ir kļuvis par vienu no slavenākajiem vienādojumiem pasaulē. Pat cilvēki, kuriem nav priekšstatu par fiziku, ir par to dzirdējuši un apzinās tās ārkārtējo ietekmi uz mūsu pasauli. Tomēr lielākā daļa no viņiem precīzi nesaprot šī vienādojuma nozīmi. Vienkārši izsakoties, tā atspoguļo korelāciju starp enerģiju un matēriju: būtībā abi ir savstarpēji aizvietojami. Šis salīdzinoši vienkāršais vienādojums ir mainījis veidu, kā mēs domājam par enerģiju, un ir padarījis iespējamu daudzus tehnoloģiskus sasniegumus.
soļi
1. metode no 2: vienādojuma izpratne
1. solis. Nosakiet vienādojuma mainīgos
Pirmais solis jebkura vienādojuma izpratnē ir zināt, ko katrs mainīgais attēlo. Šajā gadījumā, UN attēlo objekta enerģiju miera stāvoklī, m apzīmē objekta masu un ç, attēlo gaismas ātrumu vakuumā.
- Patiesībā gaismas ātrums, ç, ir nemainīga vērtība aptuveni 3,00 × 108 metri sekundē. Einšteina relativitātes kontekstā c.2 tas vairāk darbojas kā konversijas vienība, nevis konstante. Tāpēc dimensiju analīzes rezultātā tas tiek kvadrātā - enerģija tiek mērīta džoulos vai kg m2 s-2. Šajā ziņā pievienojiet c2 nodrošina, ka attiecības starp enerģiju un masu saglabājas izmēru ziņā konsekventas.
Solis 2. Izprotiet, kas tiek uzskatīts par enerģiju
Ir daudz enerģijas veidu, ieskaitot termisko, elektrisko, ķīmisko, kodolenerģijas un citus. Tas tiek pārsūtīts starp sistēmām, barojot vienu no tām, vienlaikus paņemot to no otras. Enerģijas pamatvienība ir džouls (J).
- Enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt, to var pārveidot tikai citā formā. Piemēram, akmeņoglēm ir daudz potenciālās enerģijas, kas sadedzinot pārvēršas par siltumu.
- Objekta enerģija ir vienāda ar tā masu un tā ātruma kvadrātu. Šajā gadījumā objekta ātrums būs vienāds ar ātrumu, kādā gaisma pārvietojas.
3. solis. Definējiet masas nozīmi
Masu parasti definē kā vielas daudzumu objektā.
- Ir arī citas masas definīcijas. Pastāv "nemainīga masa" un "relativistiskā masa". Nemainīgā masa ir tāda, kas paliek nemainīga neatkarīgi no tā atskaites punkta. Relatīvistiskā masa, no otras puses, ir atkarīga no objekta ātruma. Vienādojumā E = mc2, m attiecas uz nemainīgo masu. Citiem vārdiem sakot, jūsu objekta masa nē aug līdz ar sasniegto ātrumu.
- Ir svarīgi saprast, ka masa un svars ir dažādi mainīgie. Svars attēlo objekta saņemto gravitācijas spēku, bet masa ir matērijas daudzums tajā. Masa mainās tikai tad, ja objekts ir fiziski mainīts, bet svars var mainīties atkarībā no tā smaguma. Masu mēra kilogramos (kg) un svaru ņūtonos (N).
- Tāpat kā enerģiju, masu nevar radīt vai iznīcināt, bet tās forma var mainīties. Piemēram, ledus kubs var izkausēt šķidrā veidā, bet tam joprojām būs vienāda masa abos štatos.
4. Apzinieties, ka masa un enerģija ir līdzvērtīgas
Vienādojumā norādīts, ka masa un enerģija ir viens un tas pats jēdziens, un norāda, cik daudz enerģijas ir ietverts noteiktā masas daudzumā. Būtībā tas izskaidro, ka neliela masas daļa ir piepildīta ar lielu enerģijas daudzumu.
2. metode no 2: vienādojuma pielietošana reālajā pasaulē
Solis 1. Izprotiet, no kurienes nāk noderīga enerģija
Lielākā daļa lietderīgās enerģijas rodas, sadedzinot ogles un dabasgāzi. Šo vielu dedzināšana izmanto to valences elektronus (tos, kas nepārspējami atoma ārējā apvalkā) un saites, ko tās veido ar citiem elementiem. Kad tiek pievienots siltums, šīs saites saplīst un izdalītā enerģija tiek izmantota, lai ienestu enerģiju mūsu pasaulē.
Enerģijas iegūšana šādā veidā ir neefektīva un ļoti dārga videi
2. solis. Izmantojiet Einšteina vienādojumu, lai padarītu enerģijas pārveidošanu efektīvāku
Formula E = mc2 stāsta, ka atoma kodolā ir daudz vairāk enerģijas nekā tā valences elektronos. Enerģija, kas izdalās, sadaloties atomam, ir daudz lielāka nekā tā, kas rodas, pārtraucot elektroniskās saites.
Kodolenerģija balstās uz šo principu. Kodolreaktori izraisa šķelšanos (atomu sadalīšanu) un pēc tam uztver milzīgo iegūtās enerģijas daudzumu
3. solis. Atklājiet esošās tehnoloģijas, pateicoties vienādojumam E = mc2.
Šī formula ir ļāvusi radīt daudzas jaunas un aizraujošas tehnoloģijas, no kurām dažas ir neaizstājamas mūsu mūsdienu dzīvē:
- Pozitronu emisijas tomogrāfija izmanto radioaktivitāti, lai vizualizētu ķermeņa iekšpusi.
- Šis vienādojums ļāva attīstīt telekomunikācijas ar satelītiem un zondēm.
- Oglekļa datēšana izmanto radioaktīvu sabrukšanu, pamatojoties uz vienādojumu, lai noteiktu ļoti vecu objektu vecumu.
- Kodolenerģija ļauj mūsu sabiedrībā pastāvēt tīrākiem un efektīvākiem enerģijas avotiem.
