Ako porozumieť E = mc2?
Aby ste pochopili E = mc², musíte definovať každú z premenných. E je energia objektu v pokoji, m je hmotnosť predmetu a c je rýchlosť svetla vo vákuu. Energia ani hmotnosť predmetu sa nemôžu meniť, aj keď hmotnosť môže meniť formy, napríklad keď sa topí kocka ľadu. Účelom rovnice je povedať vám, koľko energie je obsiahnuté v určitom množstve hmoty. Ak sa chcete dozvedieť, ako použiť rovnicu na skutočný svet, čítajte ďalej!
Ako môže jadrové štiepenie uvoľniť zo spaľovania fosílnych palív oveľa viac energie ako zlom v elektrónoch?
V jednom z Albert Einstein, s revolučnou vedeckej práce publikovanej v roku 1905, E = mc 2 bol predstavený; kde E je energia, m je hmotnosť a c je rýchlosť svetla vo vákuu. Odvtedy sa E = mc 2 stáva jednou z najznámejších rovníc na svete. Dokonca aj ľudia bez znalosti fyziky aspoň počuli o rovnici a uvedomujú si jej úžasný vplyv na svet, v ktorom žijeme. Väčšina ľudí však nevie, čo rovnica znamená. Jednoducho povedané, rovnica predstavuje koreláciu energie s hmotou: v podstate energia a hmota sú iba dve rôzne formy tej istej veci. Táto relatívne jednoduchá rovnica zmenila spôsob, akým premýšľame o energii, a poskytla nám jumnohé technologické pokroky.
Časť 1 z 2: pochopenie rovnice
- 1Definujte premenné rovnice. Prvým krokom k porozumeniu akejkoľvek rovnice je vedieť, čo každá premenná znamená. V tomto prípade E je energia predmetu v pokoji, m je hmotnosť objektu a c je rýchlosť svetla vo vákuu.
- Rýchlosť svetla, c je konštantná vo všetkých referenčných snímok a je zhruba rovnaká, 3,00x108 metrov za sekundu. V kontexte Einsteinovej relativity funguje c 2 viac ako jednotkový konverzný faktor ako konštanta. Ako taký je kvadratický v dôsledku rozmerovej analýzy - energia sa meria v jouloch alebo kg m2 s -2, takže pridanie c 2 zaisťuje, že vzťah medzi energiou a hmotou je rozmerovo konzistentný.
- 2Pochopte, čo sa rozumie pod energiou. Existuje mnoho foriem energie vrátane tepelnej, elektrickej, chemickej, jadrovej a ďalších. Energia sa prenáša medzi systémami, ktoré dodávajú energiu jednému systému, pričom ho odoberajú druhému.
- Energiu nemožno vytvárať ani ničiť, môže mať iba inú formu. Napríklad uhlie má veľa potenciálnej energie, ktorá sa pri spaľovaní mení na tepelnú energiu.
Ako na gravitáciu vplýva e = mc2? - 3Definujte, čo znamená hmotnosť. Hmotnosť je všeobecne definovaná ako množstvo hmoty v objekte.
- Existuje aj niekoľko ďalších definícií hmotnosti. Existuje „invariantná hmotnosť“ a „relativistická hmotnosť“. Invariantná hmotnosť je hmotnosť, ktorá zostáva nezmenená bez ohľadu na to, v akom referenčnom rámci sa nachádzate. Relativistická hmotnosť na druhej strane závisí od rýchlosti objektu. V rovnici E = mc 2 m označuje nemennú hmotnosť. To je veľmi dôležité, pretože to znamená, že vaša hmotnosť nie je ani nerastú ako vy ísť rýchlejšie, na rozdiel od všeobecného presvedčenia.
- Je dôležité pochopiť, že hmotnosť a hmotnosť sa líšia. Hmotnosť je gravitačná sila, ktorú predmet cíti, zatiaľ čo hmotnosť je množstvo hmoty v tomto objekte. Hmotnosť sa môže meniť iba vtedy, ak je predmet fyzicky zmenený, pričom hmotnosť sa mení v závislosti od gravitácie prostredia, v ktorom sa predmet nachádza. Hmotnosť sa meria v kilogramoch (kg), zatiaľ čo hmotnosť sa meria v newtonoch (N).
- Rovnako ako energiu, hmotnosť nemožno ani vytvárať, ani ničiť, ale môže tiež meniť formu. Kocka ľadu sa napríklad môže roztaviť na kvapalinu, ale v oboch stavoch má stále rovnakú hmotnosť.
- 4Uvedomte si, že hmotnosť a energia sú ekvivalentné. Rovnica uvádza, že hmotnosť a energia sú to isté a hovorí vám, koľko energie je obsiahnuté v určitom množstve hmoty. Rovnica v zásade vysvetľuje, že malé množstvo hmoty je plné veľkého množstva energie.
Časť 2 z 2: Aplikácia rovnice v reálnom svete
- 1Pochopte, odkiaľ pochádza použiteľná energia. Väčšina našej spotrebnej energie pochádza zo spaľovania uhlia a zemného plynu. Spaľovanie týchto látok využíva ich valenčné elektróny (nepárové elektróny v najvzdialenejšom obale atómu) a väzby, ktoré vytvárajú s inými prvkami. Keď sa pridá teplo, tieto väzby sa prerušia a uvoľnená energia sa použije na napájanie našich komunít.
- Získavanie energie týmto spôsobom nie je príliš efektívne a je nákladné pre životné prostredie.
Účelom rovnice je povedať vám, koľko energie je obsiahnuté v určitom množstve hmoty. - 2Na zefektívnenie premeny energie použite einsteinovu rovnicu. E = mc 2 nám hovorí, že v jadre atómu je uloženého oveľa viac energie ako v jeho valenčných elektrónoch. Energia uvoľnená štiepením atómu je oveľa vyššia ako energia rozbitia elektrónových väzieb.
- Jadrová energia je založená na tomto princípe. Jadrové reaktory spôsobujú štiepenie (štiepenie atómov) a zachytávajú obrovské množstvo uvoľnenej energie.
- 3Objavte technológie, ktoré umožňuje e = mc 2. E = mc 2 umožnilo vytvorenie mnohých nových a vzrušujúcich technológií, z ktorých niektoré si nevieme predstaviť bez nich:
- PET skeny používajú na sledovanie vnútra tela rádioaktivitu.
- Rovnica umožňovala rozvoj telekomunikácií so satelitmi a rovermi.
- Rádiokarbónové datovanie používa na stanovenie veku starovekých predmetov rádioaktívny rozpad založený na rovnici.
- Jadrová energia poskytuje čistejšie a efektívnejšie zdroje energie pre našu spoločnosť.
Prečítajte si tiež: Ako sa učiť a robiť súkromné pilotné skúšky?
Otázky a odpovede
- Môžu ľudia ešte cestovať rýchlosťou svetla 1%?Nie, ani z blízka. Majte na pamäti, že rýchlosť svetla je 3,00 × 10^8 metrov za sekundu. Na to, aby sme išli len zlomok tejto rýchlosti, napríklad 1%, by sme museli ísť 3,0 × 10^6 metrov/sekundu, čo je približne 1864,1 míľ/s alebo 6710,808,88 míle/hodinu. K tejto rýchlosti sa ešte ani technologicky nepribližujeme.
- Prečo sú atómy také malé?Atómy sú stavebnými kameňmi hmoty a pozostávajú iba z určitého množstva subatomárnych častíc. Možno sú považovaní za „malé“, pretože v porovnaní s nimi sme tak veľkí, a sú jednou z najmenších jednotiek stvorenia.
- Prečo nemôže predmet s hmotnosťou cestovať rýchlosťou svetla?Špeciálna relativita vysvetľuje, že zrýchlenie objektu s hmotnosťou vyžaduje so zvyšujúcou sa rýchlosťou stále viac energie. Keď ste blízko rýchlosti svetla, tento efekt je taký nápadný, že sa môžete len čoraz viac približovať rýchlosti svetla, bez ohľadu na to, koľko energie doň vložíte.
- Ako na gravitáciu vplýva e = mc2?F = ma a E = mc2 sú oba zahrnuté, prekonané a súvisiace týmto najzákladnejším zákonom/pravdou vo celej fyzike: Zotrvačný odpor je úmerný gravitačnej sile/energii. (Gravitácia má energiu.) Tento zákon platí pre Slnko a pre fotóny a platí pre čierne diery. Vyváženie gravitácie a zotrvačnosti je tu to najdôležitejšie a najdôležitejšie. Sila/energia, zrýchlenie, fotóny/svetlo, gravitácia a zotrvačnosť a väčší a menší priestor sú teda centrálnymi úvahami o tom, čo je touto rovnicou ovplyvnené.
- Ak je záver hmotnosť = energia krát Rýchlosť svetla na druhú. Ako potom môžu byť energia a hmotnosť matematicky zameniteľné? AK je e = MC na druhú pravda a E a M sú zameniteľné, zdá sa, že existuje chyba. M = EC na druhú rovnakú vec? Myslím, že nie.Nie, článok hovoril o tom, že hmotnosť a energia sú vzájomne zameniteľné, pretože pri zvyšovaní jedného je potrebné zvyšovať aj druhé kvôli rovnici, aby sa to vyvážilo.
- Ak hmotnosť nemožno vytvárať ani ničiť, ako je uvedené vo vašom článku, môže sa hmotnosť zmeniť na energiu a naopak?Einstein v zásade hovorí, že hmotnosť a energia sú rôzne formy alebo popisy tej istej veci. Premenou hmoty na energiu hmotnosť stále uchovávate formou energie.
- Ako môže jadrové štiepenie uvoľniť zo spaľovania fosílnych palív oveľa viac energie ako zlom v elektrónoch?Takmer všetka hmotnosť v atóme sa nachádza v jadre, kde sú protóny a neutróny navzájom veľmi tesne spojené. Jadrové štiepenie rozpadá tieto tesné väzby a premieňa časť jadrovej hmoty na energiu.
- Topiaci sa ľadovú kocku používate ako príklad objektu, ktorý mení formy bez straty hmotnosti. Roztopená voda však určite zaberie menší objem ako kocka ľadu?Hmotnosť a objem nie sú rovnaké. Objekt môžete roztiahnuť alebo stlačiť, aby ste zmenili jeho objem, ale množstvo hmoty v ňom zostane rovnaké. V príklade kocky ľadu sú molekuly v kvapalnej vode bližšie k sebe, ale stále ide o tie isté molekuly, ktoré boli v ľade.
- Keďže E = mc^2 je použiteľné pre všetku hmotu na svete, prečo sa na výrobu energie používa urán a iné rádioaktívne prvky, a nie voľne dostupné prvky ako voda, piesok atď.?Urán a ďalšie rádioaktívne prvky sú veľmi nestabilné, a preto sa dajú najľahšie rozdeliť (nie že by to bolo ľahké!). Problém spočíva v zistení, ako rozdeliť voľne nachádzajúce sa prvky, pretože v prvom rade nie sú tak inherentne nestabilné.
- Počul som, že špeciálna relativita súvisí s cestovaním v čase. Ako to funguje?Neexistuje nič také ako absolútny čas. Dvaja ľudia pohybujúci sa rôznymi relatívnymi rýchlosťami môžu nesúhlasiť s tým, koľko času uplynulo medzi dvoma udalosťami. Ak by ste však mohli vyslať signál rýchlejšie ako svetlo, veci by boli čudnejšie: títo dvaja ľudia by sa nemohli zhodnúť na tom, ktorá udalosť nastala skôr. To vedie k paradoxom „cestovania v čase“, ako je napríklad odoslanie správy sebe v minulosti. Väčšina fyzikov si myslí, že rýchlejšie ako svetelné signály sú nemožné, čiastočne z tohto dôvodu.
Komentáre (30)
- Vždy som premýšľal o tejto rovnici a teraz som trochu porozumel jej významu. Ďakujem.
- Zabudol som na svoje základy fyziky a to mi skutočne pomohlo dostať sa do nich s ľahkosťou.
- Toto je úžasný článok. Veľmi mi to pomohlo v porozumení Einsteinovej veľkej teórie.
- Páčilo sa mi jednoduché, ale dôkladné vysvetlenie. Je to správne pre niekoho, kto nikdy neštudoval fyziku, ale vedel o rovnici a potreboval podrobnejšie porozumieť prvkom.
- Fyziku som nikdy nebral na strednej alebo vysokej škole, ale každý deň si uvedomujem, že veľká časť sveta súvisí s jednoduchou a komplexnou fyzikou. Vedel som, čo Einsteinova rovnica relativity vo vysokej forme znamená, ale v skutočnosti som to z praktického hľadiska nevedel. Vaše demo E+MC/2 mi to prinieslo z praktického hľadiska. Vďaka.
- Je to veľmi užitočné pre nadchádzajúcich študentov. Je to veľmi cenná rovnica, ktorú nám dal Albert Einstein.
- Mám 72 rokov a prečítaním tohto textu som konečne pochopil základy E = mc na druhú.
- Cítil som jednoduché, nie prehnane technické členenie a prezentácia v krokoch uľahčila sledovanie a porozumenie.
- Moja matka ma požiadala, aby som o tom urobil výskum. Mne článok pomohol. Ďakujem.
- Museli sme zistiť definíciu energie = hmotnosť vynásobená rýchlosťou svetla na druhú, a to skutočne pomohlo!
- Na popis sa používa bežná angličtina, je to veľmi pekné. Ďakujem.
- Mal som zlú myšlienku o E = mc2, ale teraz si myslím, že čítaním tohto textu mám takmer jasno. Mnohokrat dakujem.
- Mám rád energetickú vec a jej prepojenie s hmotnosťou a rýchlosťou, zdokonaľuje moju hĺbku v duchovnú pravdu. Viete si predstaviť takú drobnosť ako uhlie, ktoré sa skladá z premenlivých veličín a je najväčším zdrojom energie?
- Nikdy som nevedel, že energia a hmotnosť sú navzájom závislé, o čom som si predtým myslel, že sú na sebe navzájom nezávislé!
- Pomohlo mi to pochopiť úplné informácie o tom, ako sa hmotnosť používa v tejto rovnici!
- Pri čítaní ďalej som zistil, čo znamená „c“. Vďaka. Zjednodušene vysvetlené.
- Veľmi zaujímavé a nápomocné. Nie príliš zložité; dosť jednoduché, ale profesionálne napísané. Ocenený.
- Tento článok je skvelý. Pomohlo mi to zistiť krvavú rovnicu, ktorá bola všade, kam sa pozriete.
- Jednoducho spája bodky teórií a výskumu „Au! Teraz už chápem!“ Vyvoláva to hlad po ďalších. Úžasnou rýchlosťou rozširuje znalosti a otvára ďalšie dvere intuície. Bol na tom roky.
- Ako laik som v tomto článku prišiel na tento slávny vzorec jednoduchým, ale veľmi zrozumiteľným spôsobom. Pomohlo to uhasiť moju zvedavosť.
- Považujem toto vysvetlenie za veľmi zrozumiteľné a zaujímavé. Ďakujem.
- Laicky povedané, dokázal som pochopiť hlavné myšlienky. Keďže teraz nemám čas si to preštudovať, v blízkej budúcnosti to urobím a bude to veľa zábavy!
- Chcel som, aby bola táto teória rozprávaná najjednoduchším jazykom s vynikajúcimi obrázkami. Tento článok je veľmi dobrý.
- Vďaka tomu som si uvedomil, ako málo mi moja myseľ rozumie, a uvedomil som si, že desať životov nestačí na to, aby som sa naučil všetko, čo viem.
- Pochopenie princípov LIGO (laserový interferometer gravitačných vĺn) funguje v spojení s E = mc na druhú.
- Za šesťdesiat rokov všeobecného vzdelávania som nenašiel lepšie vysvetlenie Einsteinovho objavu. Jednoduché pravidlo príkladov v našom každodennom svete bez komplikovanej matematiky je špeciálnym umením a darom pre tých, ktorí nemajú odborné znalosti.
- Dozvedel som sa, že rýchlosť svetla vo vákuu sa líši, takže v rovnici e = mc2, c nie je konštanta.
- Úžasný. Tento článok skutočne pomáha. Prial by som si, aby všetky webové stránky boli takéto. Vďaka tomu, kto to dokázal!
- 100%. Zvedavosť. Považujem sa za špongiu. Pokiaľ som vo svojej dlhovekosti, času je málo, a preto sa musím zamerať na svoj zostávajúci čas.
- To je skutočne užitočné pre pochopenie pojmu energia, hmotnosť a hmotnosť a mnohých ďalších pojmov z fyziky.
