Echivalenta masei si energiei. Teoria relativitatii.

Echivalenta masei si energiei. Teoria relativitatii. Mareste imaginea.

Cele mai cunoscute doua legi din teoria relativitatii sunt echivalenta masei si energiei, exprimata de faimoasa ecuatie a lui Einstein E=mc² (unde E este energia, m este masa, iar c este viteza luminii in vid si anume trei sute de milioane de metri pe secunda) si legea ca nici un corp (deci masa sau energie) nu se poate deplasa mai repede decat viteza luminii și nici nu poate atinge aceasta viteza. Datorita echivalentei masei si energiei, energia pe care o are un corp datorita miscarii sale, se va adauga masei sale (ceea ce va ingreuna marirea vitezei). Acest efect este semnificativ numai pentru obiecte care se misca cu viteze apropiate de viteza luminii. Atunci cand un corp se apropie de viteza luminii, masa lui creste foarte rapid, astfel incat este necesara din ce in ce mai multa energie pentru a-i mari viteza. Obiectul nu poate atinge viteza luminii, deoarece masa lui ar deveni infinita si din echivalenta masei si energiei rezulta ca ar fi necesara o cantitate infinita de energie pentru a atinge viteza luminii. De aceea, orice obiect se poate misca numai cu viteze mai mici decat viteza luminii. Deci, numai lumina si undele care nu au masa intrinseca se pot deplasa cu viteza luminii.

Echivalența masei și energiei, (E=mc2), ne spune ca energia inmagazinata de un obiect in repaus cu masa m este egala cu masa respectiva inmultita cu patratul vitezei luminii in vid, aratand ca un corp are energie chiar si atunci cand este stationar, spre deosebire de mecanica newtoniana in care un corp care nu se afla in mișcare nu are energie cinetica, insa el poate avea sau nu alte forme de energie inmagazinate in interior, cum ar fi energie termica sau energie chimica, pe langa energia potentiala ce o poate avea prin pozitia lui intr-un camp de forta. in mecanica newtoniana toate aceste energii sunt mult mai mici decat masa obiectului inmultita cu patratul vitezei luminii in vid. in teoria relativitatii, toate energiile care se misca impreuna cu un obiect se aduna la masa totala a corpului obiectului, care masoara rezistenta acestuia la deviere. Atat energia cinetica, cat și cea potențiala au o contribuție directa asupra masei. In teoria relativitatii scaderea energiei inseamna scaderea masei. Spre exemplu cand apa este incalzita intr-un cuptor cu microunde, se adauga o masa de aproximativ 10^-17 kilograme pentru fiecare Joule de caldura adaugat apei (Joule este unitatea de masura pentru energie in Sistemul International).

Cuvantul energie provine din limba greaca veche, ενέργεια (energhia) care inseamna activitate si este format din doi termeni, "εν" avand semnificația "in" și "έργον" avand semnificația "lucru". In sensul folosit in fizica, sau, mai general, in știința, "energia" inseamna "potențialul care determina schimbari".

Materia este caracterizata prin doua marimi fundamentale: masa și energia. Masa este masura inerției și a gravitației, iar energia este masura scalara a mișcarii materiei. Astfel, energia si masa nu sunt doua lucruri total diferite (precum focul si apa spre exemplu), ci sunt doua forme de manifestare (prezentare) ale aceluiași lucru, respectiv materia, asa cum spre exemplu, aburul si gheata sunt stari de agregare (moduri de prezentare) ale aceleasi substante, respectiv apa. Conform relației dintre masa și energie a lui Einstein, oricarei forme de energie a unui sistem fizic ii corespunde o masa inerta a sistemului. Termenul de energie nucleara este folosit in doua contexte. Astfel, la nivel microscopic, energia nucleara este energia asociata fortelor de coeziune a nucleonilor data de interactiunea tare a protonilor si neutronilor din nucleele atomice. La nivel macroscopic prin energie nucleara se intelege energia electromagnetica eliberata (prin radiatie) datorita reactiilor de fuziune nucleara din stele si din bombele cu hidrogen, respectiv cea eliberata prin fisiune nucleara in bombele atomice si in aplicatiile civile (centrale nucleare).

Relația E=mc² poate fi, deci, folosita pentru a calcula cata energie s-ar produce daca o cantitate de materie ar fi convertita in radiatie (care transporta energia) electromagnetica. Spre exemplu, masa materiei convertita in energie in cazul bombei de la Hirosima a fost mai mica decat 30 grame. (Conform relatiei lui Einstein, energia unui gram de materie este de 10^14 Joule). Nu trebuie, insa, sa confundam masa cu materia. Din punctul de vedere al fizicii, materia este sub forma de substanța (caracterizata prin masa) sau camp (caracterizat prin energie). Trasaturile caracteristice care definesc materia sunt: masa, necesarul de spațiu, structura interna și energia termica interna a materiei. Masa se definește drept acea marime masurabila ce determina cantitatea de substanța conținuta intr-un corp sau particula, determinabila la nivel macroscopic și masurata, de asemenea, macroscopic.

Spre deosebire de masa, conceptul de "camp" este cu siguranta unul destul de abstract, intrucat nu are nici macar masa si poate sa nu existe deloc in materie. in ciuda aspectului abstract, putem da un exemplu destul de practic, cu care majoritatea dintre noi suntem familiarizati:magnetii. Desi, aparent nu exista nici o legatura directa intre doua bucati separate de magnet, exista cu siguranta o forta de atractie sau de respingere in functie de orientarea lor relativa. Aceasta "forta" nu are nici culoare, nici masa, nici miros, iar daca nu am observa interactiunile dintre ei, nici nu am sti ca exista. in cadrul fizicii, interactiunile ce au loc in spatiul dintre magneti poarta numele de campuri magnetice. Daca plasam pilitura de fier in jurul unui magnet , putem observa (re)orientarea acesteia in jurul liniilor de camp; in acest fel putem avea o indicatie vizuala a prezentei campului magnetic. Din experienta de zi cu zi suntem familiarizati si cu campurile electrice. Un exemplu este electricitatea statica ce explica modul in care materiale precum sticla si matasea se atrag dupa ce au fost in prealabil frecate una de cealalta. Fizicienii includ aceste interactiuni in domeniul campurilor electrice generate de doua corpuri ca rezultat al dezechilibrului de electroni dintre ele. Este suficient sa spunem ca prezenta unei diferente de potential (tensiuni) intre doua puncte duce la aparitia unui camp electric in spatiul liber dintre acestea.

Reorientarea piluturii de fier dupa liniile de camp magnetic

 

Figura 1 (Re)orientarea piliturii de fier dupa liniile de camp magnetic

Campurile au doua caracteristici principale: forta si fluxul. Forta reprezinta cantitatea de impingere pe care un camp il exercita la o anumita distanta, iar fluxul reprezinta cantitatea totala, sau efectul, campului prin spatiu. Forta si fluxul campului sunt aproximativ similare tensiunii (impingere) si curentului (curgere) printr-un conductor. Fluxul unui camp poate intampina rezistenta in spatiu precum un curent intampina rezistenta intr-un conductor.

Eugen Gantolea

Despre autor

Eugen Gantolea Eugen Gantolea

Colaborator
15 articole postate
Publica din 14 Iunie 2010

20 Iulie 2012

Vizualizari: 16570

Voteaza:

Echivalenta masei si energiei. Teoria relativitatii. 5.00 / 5 din 1 voturi.

Adauga comentariu

Pentru a adauga un comentariu este nevoie sa te autentifici.

Asculta colinde de craciun

RETELE SOCIALE