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 = mc, де Е - енергія, m - маса, з - швидкість світла у вакуумі. З тих пір вона стала однією з найвідоміших формул в світі. Навіть люди, далекі від фізики, хоча б раз чули про цю формулою і про ту важливу роль, яку вона відіграє 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. Це співвідношення, котре змінило наше уявлення про енергію, знайшло широке практичне застосування.

кроки

Частина 1 з 2:

зміст формули

1. Розглянемо величини, що входять в 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 рівна 3,00x10 метрів в секунду. З огляду на фундаментальних властивостей енергії вона зводиться в квадрат: тіло, що рухається в два рази швидше, має в чотири рази більшою енергією.
Швидкість світла є константою, так як якщо ви перетворите будь-яке тіло в чисту енергію, ця енергія буде переміщатися зі швидкістю світла.

Зображення з назвою Understand E = mc2 Step 2

2. Розглянемо поняття енергії. Існує безліч видів енергії, в тому числі теплова, електрична, хімічна, ядерна і так далі. Енергія може переходити з одного виду в інший, і різні тіла або системи можуть обмінюватися енергією. Основною одиницею виміру енергії служить джоуль (Дж).

Енергія не може безслідно зникнути або з`явитися з нічого, вона лише приймає різні форми. Наприклад, вугілля має велику кількість потенційної енергії, яка перетворюється в теплову при його згоранні.

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.

Зображення з назвою Understand E = mc2 Step 3

3. Розглянемо поняття маси. Маса тіла визначається як кількість становить його речовини. Слід розрізняти масу і вага. 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, однак маса речовини при цьому не зміниться.

Зображення з назвою Understand E = mc2 Step 4

4. Енергія і маса еквівалентні. Розглядається 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 у малій масі міститься досить велика кількість енергії.

Частина 2 з 2:

Практичне застосування формули

1. З чого проводиться корисна енергія? БпроБільша частина споживаної нами енергії виділяється при згорянні вугілля і природного газу. При цьому вивільняється енергія їх валентних електронів (неспарених електронів в зовнішніх електронних оболонках атомів), задіяних в 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.

Зображення з назвою Understand E = mc2 Step 6

2. Розглянемо рівняння Ейнштейна, щоб знайти більш ефективні джерела енергії. З рівності E = mc ми бачимо, що набагато більше енергії укладено всередині атомних ядер, а не в зовнішніх валентних електронах. При розщепленні атомного ядра виділяється набагато більше енергії, ніж при розриві електронних зв`язків.

Ядерна енергетика заснована саме на цьому законі. В ядерних реакторах відбувається розпад (розщеплення) атомів, при якому виділяється велика кількість енергії.

Зображення з назвою Understand E = mc2 Step 7

3. На рівнянні Ейнштейна засновані багато технологій. Формула E = mc привела до розвитку безлічі нових технологій, без яких неможливо уявити сучасний світ:

У позитрон-емісійної томографії явищерадіоактивності використовується для того, щоб побачити внутрішні органи людини.

Рівняння Ейнштейна уможливило розвиток супутникового мобільного зв`язку.

Заснований на формулі Ейнштейна радіовуглецевий аналіз дозволяє встановити вік древніх об`єктів.

Ядерна енергетика - це більш чистий і ефективний спосіб отримання енергії.