In un lavoro scientifico rivoluzionario scoperto da Albert Einstein nel 1905, E = mc2 introdotto, dove: E è l'energia, m è la massa e c è la velocità della luce nel vuoto. Da allora, E = mc2 è diventata una delle equazioni più riconosciute al mondo. In effetti, le persone senza un background in fisica hanno almeno sentito parlare di questa equazione e sono consapevoli del suo enorme impatto sul mondo. Tuttavia, la maggior parte delle persone non sa cosa significhi l'equazione. In poche parole, questa equazione rappresenta la correlazione dell'energia nella materia: in sostanza, energia e materia sono due forme della stessa cosa. Questa semplice equazione ha cambiato il modo in cui pensiamo all'energia e ha dato origine a vari progressi tecnologici.
Fare un passo
Parte 1 di 2: Comprensione delle equazioni
Passaggio 1. Definire le variabili dell'equazione
Il primo passo per comprendere l'equazione è conoscere il significato di ciascuna delle variabili. In questo caso, E è l'energia di un oggetto stazionario, m è la massa dell'oggetto e c è la velocità della luce nel vuoto.
La velocità della luce (c) è una costante che è uguale in ogni equazione ed è approssimativamente uguale a 3.00x108 metri al secondo. Nel contesto della relatività di Einstein, c2 funziona più come un fattore di conversione dell'unità che come una costante. Pertanto, c è al quadrato come risultato dell'analisi dimensionale (l'energia è misurata in joule, o kg m2 S-2) in modo che l'aggiunta di c2 per garantire che la relazione tra energia e massa sia dimensionalmente coerente.
Passaggio 2. Capire cos'è l'energia
Esistono molte forme di energia, tra cui calore, elettricità, prodotti chimici, nucleare e altre. L'energia viene trasferita tra vari sistemi (fornisce energia a un sistema mentre trae energia da un altro).
L'energia non può essere creata o distrutta, solo trasformata in forme diverse. Ad esempio, il carbone ha molta energia potenziale che si trasforma in energia termica quando viene bruciata
Passaggio 3. Definire la nozione di massa
La massa è generalmente definita come la quantità di materia in un oggetto.
- C'è anche un'altra definizione di massa. Ci sono termini "energia a riposo" e "massa relativistica". L'energia a riposo è una massa che è costante e non cambia, indipendentemente dal sistema di riferimento utilizzato. D'altra parte. la massa relativistica dipende dalla velocità dell'oggetto. Nell'equazione E = mc2, m si riferisce all'energia a riposo. Questo è molto importante, perché significa la tua massa no aumenta anche se prendi velocità, contrariamente alla credenza popolare.
- Dovrebbe essere chiaro che massa e peso sono due cose diverse. Il peso è la forza gravitazionale percepita da un oggetto, mentre la massa è la quantità di materia nell'oggetto. La massa cambia solo se l'oggetto viene alterato fisicamente, mentre il peso cambia a seconda della gravità dell'ambiente circostante. La massa è misurata in chilogrammi (kg) mentre il peso è misurato in Newton (N).
- Come l'energia, la massa non può essere creata o distrutta, ma può cambiare forma. Ad esempio, i cubetti di ghiaccio si sciolgono in liquido, ma hanno ancora la stessa massa in entrambi i tipi di forme.
Passaggio 4. Comprendi che massa ed energia sono equivalenti
Questa equazione afferma che massa ed energia sono equivalenti e indica quanta energia è contenuta in una data quantità di massa. Fondamentalmente, questa equazione spiega che una piccola massa è in realtà piena di una grande energia.
Parte 2 di 2: Applicazione di equazioni nel mondo reale
Passaggio 1. Capire da dove proviene l'energia utilizzata
La maggior parte dell'energia che consumiamo proviene dalla combustione di carbone e gas naturale. La combustione di queste sostanze fa uso di elettroni di valenza (elettroni spaiati nel guscio più esterno degli atomi) e legami fatti con altri elementi. Quando viene aggiunto calore, questi legami si rompono e l'energia rilasciata viene utilizzata come fonte di energia.
Ottenere energia con questo metodo è molto inefficiente e dannoso per l'ambiente
Passaggio 2. Applicare le equazioni di Einstein per rendere più efficiente la conversione dell'energia
E = mc2ci dice che c'è più energia immagazzinata nel nucleo di un atomo che negli elettroni di valenza. L'energia rilasciata dalla fissione atomica è molto più alta di quella della rottura dei legami elettronici.
L'energia nucleare si basa su questo principio. I reattori nucleari causano la fissione atomica e catturano grandi quantità di energia rilasciata
Step 3. Scopri le tecnologie create da E = mc2.
E = mc2 ha permesso la creazione di tante nuove ed entusiasmanti tecnologie, tra le quali siamo diventati i nostri bisogni primari:
- Una scansione PET utilizza la radioattività per vedere cosa c'è dentro il corpo.
- Questa equazione consente lo sviluppo delle telecomunicazioni con satelliti e rover.
- La datazione al radiocarbonio utilizza la decomposizione radioattiva basata su questa equazione per determinare l'età degli oggetti antichi.
- L'energia nucleare fornisce una fonte di energia più pulita ed efficiente per la nostra società.
