איך להבין את E = mc2?
כדי להבין את E = mc², עליך להגדיר כל אחד מהמשתנים. E היא האנרגיה של אובייקט במנוחה, m היא המסה של האובייקט, ו- c היא מהירות האור בחלל ריק. לא האנרגיה ולא המסה של אובייקט יכולים להשתנות, אם כי המסה יכולה לשנות צורות, כמו למשל כאשר קוביית קרח נמסה. מטרת המשוואה היא לספר לכם כמה אנרגיה מכילה בכמות מסוימת של מסה. כדי ללמוד כיצד ליישם את המשוואה על העולם האמיתי, המשך לקרוא!
כיצד ביקוע גרעיני משחרר הרבה יותר אנרגיה מאשר שבירת האלקטרונים משריפת דלקים מאובנים?
באחד אלברט איינשטיין "s מאמרים מדעיים מהפכניים שפורסם בשנת 1905, E = mc 2 הוצג; כאשר E הוא אנרגיה, m הוא מסה, ו- c היא מהירות האור בחלל ריק. מאז הפך E = mc 2 לאחת המשוואות המפורסמות ביותר בעולם. אפילו אנשים ללא רקע בפיזיקה שמעו לפחות על המשוואה ומודעים להשפעה המופלאה שלה על העולם שאנו חיים בו. עם זאת, רוב האנשים לא בדיוק יודעים מה המשמעות של המשוואה. במילים פשוטות, המשוואה מייצגת את המתאם בין אנרגיה לחומר: למעשה, אנרגיה וחומר אינם אלא שתי צורות שונות של אותו הדבר. משוואה פשוטה יחסית זו שינתה את צורת החשיבה שלנו על אנרגיה וסיפקה לנוהתקדמות טכנולוגית רבות.
חלק 1 מתוך 2: הבנת המשוואה
- 1הגדר את המשתנים של המשוואה. הצעד הראשון להבנת משוואה כלשהי הוא לדעת על מה כל משתנה מייצג. במקרה זה, E היא האנרגיה של אובייקט במנוחה, m היא המסה של האובייקט, ו- c היא מהירות האור בחלל הריק.
- מהירות האור, c קבועה בכל מסגרות הייחוס והיא שווה בערך ל- 3,00x108 מטר לשנייה. בהקשר של תורת היחסות של איינשטיין, c 2 מתפקד יותר כגורם המרה יחידה מאשר קבוע. ככזה, הוא בריבוע כתוצאה מניתוח ממדי - אנרגיה נמדדת בג'אול, או ק"ג מ 2 s -2, לכן הוספת c 2 מבטיחה שהקשר בין אנרגיה למסה יהיה עקבי ממדי.
- 2להבין מה הכוונה באנרגיה. ישנן צורות רבות של אנרגיה, כולל תרמית, חשמלית, כימית, גרעינית ועוד. אנרגיה מועברת בין מערכות הנותנות כוח למערכת אחת תוך שהיא מורידה אותה לאחרת.
- לא ניתן ליצור ולא להרוס אנרגיה, היא יכולה ללבוש צורה אחרת בלבד. לדוגמא, לפחם יש הרבה אנרגיה פוטנציאלית שהופכת לאנרגיה תרמית כשהוא נשרף.
כיצד מושפעת הכבידה על ידי e = mc2? - 3הגדר מה המשמעות של מסה. מסה מוגדרת בדרך כלל כמות החומר באובייקט.
- יש גם כמה הגדרות אחרות למסה. קיים "מסה בלתי משתנה" ו"מסה רלטיביסטית ". מסה משתנה היא מסה שנותרה ללא שינוי ולא משנה באיזו מסגרת התייחסות אתה נמצא. לעומת זאת, מסת רלטיביסטית תלויה במהירות האובייקט. במשוואה E = mc 2, m מתייחס למסה הבלתי משתנה. זה חשוב מאוד, כי זה אומר שהמסה שלך לא צומחת ככל שאתה הולך מהר יותר, בניגוד לאמונה הרווחת.
- חשוב להבין שמסה ומשקל שונים. משקל הוא כוח הכבידה שמרגיש אובייקט, בעוד שמסה היא כמות החומר באותו אובייקט. מסה יכולה להשתנות רק אם האובייקט משתנה פיזית, בעוד שמשקל משתנה בהתאם לכוח המשיכה של הסביבה בה האובייקט נמצא. המסה נמדדת בקילוגרמים (ק"ג) ואילו המשקל נמדד בניוטונים (N).
- כמו אנרגיה, לא ניתן ליצור ולא להרוס מסה, אך היא יכולה גם לשנות צורה. לדוגמא, קוביית קרח יכולה להמיס לנוזל, אך עדיין יש אותה מסה זהה בשתי המדינות.
- 4תבין שמסה ואנרגיה שוות ערך. המשוואה קובעת שמסה ואנרגיה הם אותו הדבר ומספרת לכם כמה אנרגיה כלולה בתוך כמות מסויימת של מסה. בעיקרו של דבר, המשוואה מסבירה שכמות קטנה של מסה מלאה בכמות גדולה של אנרגיה.
חלק 2 מתוך 2: יישום המשוואה בעולם האמיתי
- 1להבין מאיפה אנרגיה שמישה. מרבית האנרגיה המתכלה שלנו מגיעה משריפת פחם וגז טבעי. שריפת חומרים אלה מנצלת את אלקטרוני הערכיות שלהם (אלקטרונים לא מזווגים בקליפה החיצונית ביותר של אטום) ואת הקשרים שהם יוצרים עם יסודות אחרים. כאשר מוסיפים חום, קשרים אלה נשברים והאנרגיה המשתחררת משמשת להנעת קהילותינו.
- השגת אנרגיה בדרך זו אינה יעילה במיוחד והיא יקרה לסביבה.
מטרת המשוואה היא לספר לכם כמה אנרגיה מכילה בכמות מסוימת של מסה. - 2החל את משוואת איינשטיין כדי להפוך את המרת האנרגיה ליעילה יותר. E = mc 2 אומר לנו שיש הרבה יותר אנרגיה המאוחסנת בתוך גרעין האטום מאשר באלקטרוני הערכיות שלו. האנרגיה המשתחררת מפיצול האטום גבוהה בהרבה מזו של שבירת קשרי אלקטרונים.
- כוח גרעיני מבוסס על עיקרון זה. כורים גרעיניים גורמים לביקוע (פיצול אטומים) ולוכדים את כמות האנרגיה המאסיבית המשתחררת.
- 3גלה את הטכנולוגיות שמאפשרות e = mc 2. E = mc 2 אפשרה ליצור טכנולוגיות רבות ומרתקות, שחלקן איננו יכולים לדמיין לחיות בלעדיהן:
- סריקות PET משתמשות ברדיואקטיביות כדי לראות בתוך הגוף.
- המשוואה אפשרה פיתוח טלקומוניקציה עם לוויינים ורוברים.
- בתיארוך של פחמן רדיואלי משתמשים בריקבון רדיואקטיבי על בסיס המשוואה כדי לקבוע את גילם של חפצים עתיקים.
- אנרגיה גרעינית מספקת מקורות אנרגיה נקיים ויעילים יותר לחברה שלנו.
קרא גם: איך למצוא את שטח הריבוע?
שאלות ותשובות
- אם לא ניתן ליצור ולא להרוס מסה כאמור במאמר שלך, האם המסה יכולה להשתנות לאנרגיה ולהפך?איינשטיין בעצם אומר שמסה ואנרגיה הן צורות שונות או תיאורים של אותו הדבר. על ידי המרת מסה לאנרגיה, אתה עדיין שומר על המסה בצורה של אנרגיה.
- מדוע אטומים כל כך קטנים?אטומים הם אבני הבניין של החומר, והם מורכבים רק מכמות מסוימת של חלקיקים תת אטומיים. הם נחשבים "קטנים" אולי, מכיוון שאנחנו כה גדולים בהשוואה, והם אחת מיחידות הבריאה הקטנות ביותר.
- כיצד מושפעת הכבידה על ידי e = mc2?F = ma ו- E = mc2 שניהם מוקפים, מתעלים וקשורים על ידי החוק / האמת הבסיסיים ביותר בכל הפיזיקה: התנגדות אינרציאלית פרופורציונאלית לכוח הכוח / אנרגיה. (לכוח המשיכה יש אנרגיה.) חוק זה חל על השמש ועל פוטונים, והוא חל על חורים שחורים. איזון הכבידה והאינרציה הוא מה שהכי מהותי וחשוב כאן. אז כוח / אנרגיה, תאוצה, פוטונים / אור, כוח המשיכה והאינרציה, ומרחב גדול יותר ויותר הם שיקולים מרכזיים למה שמושפע ממשוואה זו.
- אתה משתמש בקוביית קרח נמס כדוגמה לאובייקט שמשנה צורות מבלי לאבד מסה. אך אין ספק שהמים המומסים יתפסו פחות נפח מקוביית הקרח?המסה והנפח אינם זהים. אתה יכול למתוח או לדחוס אובייקט כדי לשנות את נפחו, אך כמות החומר בתוכו תישאר זהה. בדוגמת קוביית הקרח, המולקולות במים נוזליים קרובות יותר זו לזו, אך הן עדיין אותן מולקולות שהיו בקרח.
- האם בני אדם יכולים עדיין לנסוע ב -1% ממהירות האור?לא, אפילו לא קרוב. יש לזכור שמהירות האור היא 3,00 × 10 ^ 8 מטר / שנייה. כדי שנעבור אפילו לשבריר מהמהירות הזו, 1% למשל, נצטרך לעבור 3,0 × 10 ^ 6 מטר לשנייה שזה בערך 1864,1 מייל לשנייה או 6710,808,88 מייל לשעה. אנחנו אפילו לא קרובים למהירות הזו עדיין מבחינה טכנולוגית.
- אם המסקנה היא מסה = פעמים אנרגיה מהירות האור בריבוע. אז כיצד ניתן להחליף אנרגיה ומסה מתמטית? אם e = MC בריבוע נכון ו- E ו- M ניתנים להחלפה, נראה שיש פגם. M = EC בריבוע אותו דבר? אני חושב שלא.לא, המאמר אמר שמסה ואנרגיה ניתנות להחלפה מכיוון שכשאתה מגדיל אחד, צריך להגדיל את השני בגלל המשוואה כדי לאזן אותו.
- מדוע חפץ עם המוני אינו יכול לנסוע במהירות האור?תורת היחסות המיוחדת מסבירה כי האצת עצם במסה לוקחת יותר ויותר אנרגיה ככל שהמהירות עולה. כשאתה קרוב למהירות האור, האפקט הזה מורגש כל כך שאתה יכול רק להתקרב יותר ויותר למהירות האור, לא משנה כמה אנרגיה אתה מכניס.
- כיצד ביקוע גרעיני משחרר הרבה יותר אנרגיה מאשר שבירת האלקטרונים משריפת דלקים מאובנים?כמעט כל המסה באטום ממוקמת בגרעין, שם פרוטונים ונויטרונים קשורים זה לזה בחוזקה. ביקוע גרעיני מפרק קשרים הדוקים אלו וממיר חלק ממסת הגרעין לאנרגיה.
- שמעתי שיחסות מיוחדת קשורה למסע בזמן. איך זה פועל?אין דבר כזה זמן מוחלט. שני אנשים שנעים במהירות יחסית יחסית יכולים לחלוק על משך הזמן שעבר בין שני אירועים. עם זאת, אם אתה יכול לשלוח איתות מהר יותר מאור, הדברים נעשים מוזרים יותר: שני האנשים יכולים לחלוק על האירוע שהגיע קודם. זה מוביל לפרדוקסים של "מסע בזמן", כמו למשל שליחת מסר לעצמך בעבר. רוב הפיזיקאים חושבים מהר יותר מאשר שאותות האור אינם אפשריים, בין היתר מסיבה זו.
- מכיוון ש- E = mc ^ 2 ישים לכל החומרים בעולם, מדוע משתמשים באורניום ובאלמנטים רדיואקטיביים אחרים ליצירת אנרגיה ולא באלמנטים שנמצאים באופן חופשי כמו מים, חול וכו '?אורניום ואלמנטים רדיואקטיביים אחרים הם מאוד לא יציבים ולכן הם היסודות הקלים ביותר לפיצול (לא שזה קל!). הקושי טמון לברר כיצד לפצל את האלמנטים שנמצאו באופן חופשי יותר מכיוון שהם מלכתחילה אינם יציבים כל כך מטבעם.
תגובות (30)
- מעולם לא ידעתי את העובדה שאנרגיה ומסה תלויים זה בזה, וחשבתי ששניהם עצמאים זה מזה לפני כן!
- רציתי שתאוריה זו תסופר בשפה הפשוטה ביותר עם תמונות מצוינות. מאמר זה טוב מאוד.
- זה מאוד שימושי לסטודנטים הבאים. זו משוואה בעלת ערך רב שהעניק לנו אלברט איינשטיין.
- למדתי שמהירות האור בחיסון משתנה, ולכן במשוואה e = mc2, c אינו קבוע.
- 100%. סקרנות. אני מחשיב את עצמי כספוג. מאוחר ככל שארכתי, הזמן הוא קצר, ולכן אני צריך להתמקד בזמן שנותר.
- זה עזר לי להבין את המידע המלא אודות אופן השימוש במסה במשוואה זו!
- מעולם לא למדתי פיזיקה בתיכון או בקולג ', אבל כל יום אני מבין שכל כך הרבה מהעולם קשור לפיזיקה פשוטה ומורכבת. ידעתי מה המשמעות של משוואת היחסות של איינשטיין בתצורה גבוהה, אבל באמת לא ידעתי זאת מנקודת מבט מעשית. ההדגמה שלך ל- E + MC / 2 הביאה לי את זה מבחינה מעשית. תודה.
- זה באמת מועיל להבין את מושג האנרגיה, המסה והמשקל ועוד הרבה מושגים של פיזיקה.
- היה צריך לגלות את ההגדרה לאנרגיה = מסה כפול מהירות האור בריבוע, וזה ממש עזר!
- תמיד תהיתי לגבי המשוואה הזו, ועכשיו יש לי הבנה מסוימת בחשיבותה. תודה.
- גרם לי להבין כמה מעט המוח שלי מבין ולהבין שעשר ימי חיים אינם מספיקים כדי ללמוד את כל מה שיש לדעת.
- מאמר זה מעולה. זה עזר לי להבין את המשוואה העקובה מדם שהייתה בדיוק בכל מקום שאתה מסתכל.
- במונחים של הדיוט הצלחתי להבין את הרעיונות העיקריים. מכיוון שאין לי זמן לעיין בזה כרגע, אעשה זאת בעתיד הקרוב וזה יהיה מאוד כיף!
- בשישים שנות השכלה כללית לא נתקלתי בהסבר טוב יותר לגילויו של איינשטיין. הכלל הפשוט של דוגמאות בעולם היומיומי שלנו ללא מתמטיקה מסובכת הוא אמנות מיוחדת ומתנה למי שאין להם רקע מומחה.
- מאוד מעניין ועוזר. לא מאוד מורכב; פשוט למדי, אך כתוב באופן מקצועי. מוערך.
- אנגלית נפוצה משמשת לתיאור, היא נחמדה מאוד. תודה.
- שכחתי את יסודות הפיזיקה שלי, וזה ממש עזר לי להיכנס אליהם בקלות.
- אמי ביקשה ממני לעשות מחקר בנושא זה. המאמר עזר לי. תודה.
- אני בן 72 וכשקראתי את זה הבנתי סוף סוף את היסודות של E = mc בריבוע.
- אהבתי את ההסבר הפשוט אך העמוק. זה מתאים בדיוק למי שמעולם לא למד פיזיקה אבל ידע על המשוואה ונדרש להבין את האלמנטים ביתר פירוט.
- זה פשוט מחבר בין נקודות התיאוריות והמחקר ל"או! עכשיו אני מבין! " זה מעורר רעב לעוד. זה מרחיב ידע במהירות מדהימה ופותח דלתות נוספות לאינטואיציה. הייתי בזה שנים.
- הבנת העקרונות שמאחורי LIGO (מצפה גל הכבידה של אינטרפרומטר לייזר) עובדת בשילוב עם E = mc בריבוע.
- הייתה לי מחשבה שגויה לגבי E = mc2, אבל עכשיו אני חושב שכמעט אני ברור שקראתי את זה. תודה רבה.
- הרגשתי את ההתמוטטות הפשוטה, ולא הטכנית מדי וההצגה בשלבים מקלה על המעקב וההבנה.
- מדהים. מאמר זה באמת עוזר. הלוואי שכל האתרים היו כאלה. תודה למי שהצליח!
- זו מאמר מדהים. זה עזר לי מאוד בהבנת התיאוריה הגדולה של איינשטיין.
- אני מוצא את ההסבר הזה מובן ומעניין מאוד. תודה.
- גיליתי מה המשמעות של "c" כשקראתי הלאה. תודה. מוסבר במילים פשוטות.
- אני אוהב את דבר האנרגיה, ואת החיבור שלו למסה ולמהירות, זה מעדן את העומק שלי לאמת רוחנית. האם אתה יכול לדמיין דבר קטן כמו פחם המורכב מכמויות משתנות, שהוא מקור האנרגיה הגדול ביותר?
- כהדיוט נתקלתי בנוסחה המפורסמת הזו בצורה פשוטה אך מובנת מאוד על ידי מאמר זה. זה עזר להרוות את סקרנותי.
