ალბერტ აინშტაინის ერთ -ერთ რევოლუციურ სამეცნიერო ნაშრომში, რომელიც გამოქვეყნდა 1905 წელს, E = mc2 დაინერგა; სადაც E არის ენერგია, m არის მასა და c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. მას შემდეგ, E = mc2 გახდა ერთ -ერთი ყველაზე ცნობილი განტოლება მსოფლიოში. ადამიანებსაც კი, რომლებსაც არ აქვთ გამოცდილება ფიზიკაში, მინიმუმ გაიგეს განტოლების შესახებ და იციან მისი უზარმაზარი გავლენა სამყაროზე, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ. თუმცა, ადამიანების უმეტესობამ ზუსტად არ იცის რას ნიშნავს განტოლება. მარტივად რომ ვთქვათ, განტოლება წარმოადგენს ენერგიის კორელაციას მატერიასთან: არსებითად, ენერგია და მატერია ერთი და იგივე ნივთის ორი განსხვავებული ფორმაა. ამ შედარებით მარტივმა განტოლებამ შეცვალა ენერგიის შესახებ ჩვენი აზროვნება და მოგვცა მრავალი ტექნოლოგიური წინსვლა.
ნაბიჯები
მე –2 ნაწილი 1: განტოლების გაგება
ნაბიჯი 1. განტოლების ცვლადების განსაზღვრა
პირველი ნაბიჯი ნებისმიერი განტოლების გასაგებად არის იმის ცოდნა, თუ რას ნიშნავს თითოეული ცვლადი. ამ შემთხვევაში, E არის ობიექტის ენერგია დასვენების დროს, m არის ობიექტის მასა და c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.
- სინათლის სიჩქარე, c მუდმივია ყველა საცნობარო ჩარჩოში და უხეშად უდრის 3.00x108 მეტრი წამში. აინშტაინის ფარდობითობის კონტექსტში ჩვ2 უფრო მეტად მოქმედებს როგორც ერთეულის კონვერტაციის ფაქტორი, ვიდრე მუდმივი. როგორც ასეთი, ის კვადრატდება განზომილებიანი ანალიზის შედეგად - ენერგია იზომება ჯოულებში, ანუ კგ მ2 ს-2, ასე რომ დაამატოთ გ2 უზრუნველყოფს ენერგიასა და მასას შორის განზომილებიანი თანმიმდევრულობა.
ნაბიჯი 2. გაიაზრეთ რას ნიშნავს ენერგია
არსებობს ენერგიის მრავალი ფორმა, მათ შორის თერმული, ელექტრო, ქიმიური, ბირთვული და სხვა. ენერგია გადადის სისტემებს შორის, რომელიც აძლევს ძალას ერთ სისტემას, ხოლო მას სხვას იღებს.
ენერგია არც შეიძლება შეიქმნას და არც განადგურდეს, მას შეუძლია მიიღოს მხოლოდ სხვა ფორმა. მაგალითად, ქვანახშირს აქვს ბევრი პოტენციური ენერგია, რომელიც მისი დაწვისას თერმულ ენერგიად იქცევა
ნაბიჯი 3. განსაზღვრეთ რას ნიშნავს მასა
მასა ზოგადად განისაზღვრება, როგორც მატერიის რაოდენობა ობიექტში.
- ასევე არსებობს მასის რამდენიმე სხვა განმარტება. არსებობს "უცვლელი მასა" და "რელატივისტული მასა". უცვლელი მასა არის მასა, რომელიც უცვლელი რჩება, არ აქვს მნიშვნელობა რა მიმართების ჩარჩოში ხართ. მეორეს მხრივ, რელატივისტური მასა დამოკიდებულია ობიექტის სიჩქარეზე. განტოლებაში E = mc2, m ეხება უცვლელ მასას. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ეს ნიშნავს, რომ თქვენი მასა ასეა არა გაიზარდე რაც უფრო სწრაფად მიდიხარ, პოპულარული რწმენის საწინააღმდეგოდ.
- მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ მასა და წონა განსხვავებულია. წონა არის გრავიტაციული ძალა, რომელსაც იგრძნობს ობიექტი, ხოლო მასა არის მატერიის რაოდენობა ამ ობიექტში. მასა შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ობიექტი ფიზიკურად არის შეცვლილი, ხოლო წონა იცვლება იმ ობიექტის სიმძიმის მიხედვით, რომელშიც არის ობიექტი. მასა იზომება კილოგრამებში (კგ), ხოლო წონა იზომება ნიუტონებში (N).
- ენერგიის მსგავსად, მასა არც შეიძლება შეიქმნას და არც განადგურდეს, მაგრამ მას ასევე შეუძლია შეცვალოს ფორმა. მაგალითად, ყინულის კუბი შეიძლება დნება თხევად, მაგრამ მას მაინც აქვს იგივე მასა ორივე მდგომარეობაში.
ნაბიჯი 4. გააცნობიერე, რომ მასა და ენერგია ექვივალენტურია
განტოლებაში ნათქვამია, რომ მასა და ენერგია ერთი და იგივეა და გეუბნებათ რამდენ ენერგიას შეიცავს მასის გარკვეული რაოდენობა. არსებითად, განტოლება განმარტავს, რომ მცირე მასა სავსეა დიდი რაოდენობით ენერგიით.
ნაწილი 2 2: განტოლების გამოყენება რეალურ სამყაროში
ნაბიჯი 1. გააცნობიერე, საიდან მოდის გამოსაყენებელი ენერგია
ჩვენი მოხმარებული ენერგიის უმეტესი ნაწილი მოდის ნახშირის და ბუნებრივი აირის წვის შედეგად. ამ ნივთიერებების დაწვა უპირატესობას ანიჭებს მათ ვალენტურ ელექტრონებს (დაწყვილებული ელექტრონები ატომის უკიდურეს გარსში) და მათი კავშირი სხვა ელემენტებთან. როდესაც სითბო ემატება, ეს ობლიგაციები იშლება და გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება ჩვენი თემების ენერგიაზე.
ამ გზით ენერგიის მოპოვება არ არის ძალიან ეფექტური და ძვირი ეღირება გარემოსთვის
ნაბიჯი 2. გამოიყენეთ აინშტაინის განტოლება, რათა ენერგიის გარდაქმნა უფრო ეფექტური გახდეს
E = მკ2 გვეუბნება, რომ გაცილებით მეტი ენერგია ინახება ატომის ბირთვში, ვიდრე მისი ვალენტობის ელექტრონები. ატომის გაყოფისას გამოთავისუფლებული ენერგია გაცილებით მაღალია ვიდრე ელექტრონული ობლიგაციების გაწყვეტა.
ბირთვული ენერგია ემყარება ამ პრინციპს. ბირთვული რეაქტორები იწვევენ დაშლას (ატომების გაყოფას) და იტაცებენ გამოთავისუფლებული ენერგიის მასიურ რაოდენობას
ნაბიჯი 3. აღმოაჩინეთ ტექნოლოგიები, რომლებიც შესაძლებელი გახდა E = mc2.
E = მკ2 ხელი შეუწყო მრავალი ახალი და საინტერესო ტექნოლოგიის შექმნას, რომელთაგან ზოგიერთის გარეშე ცხოვრება არ წარმოგვიდგენია:
- PET სკანირება რადიოაქტიურობას იყენებს სხეულის შიგნით.
- განტოლება საშუალებას აძლევდა სატელიტური კავშირის განვითარებას თანამგზავრებთან და როვერებთან.
- რადიოკარბონის დათარიღება იყენებს რადიოაქტიურ დაშლას განტოლების საფუძველზე ძველი ობიექტების ასაკის დასადგენად.
- ბირთვული ენერგია უზრუნველყოფს უფრო სუფთა და ეფექტურ ენერგიას ჩვენი საზოგადოებისთვის.
