En una revolucionària obra científica descoberta per Albert Einstein el 1905, E = mc2 introduït, on: E és energia, m és massa, i c és la velocitat de la llum al buit. Des de llavors, E = mc2 s’ha convertit en una de les equacions més reconegudes del món. De fet, les persones sense antecedents en física almenys han sentit a parlar d’aquesta equació i són conscients del seu enorme impacte al món. Tot i això, la majoria de la gent no sap què significa l’equació. En poques paraules, aquesta equació representa la correlació de l’energia amb la matèria: en essència, l’energia i la matèria són dues formes d’un mateix. Aquesta senzilla equació ha canviat la nostra manera de pensar sobre l’energia i ha donat lloc a diversos avenços tecnològics.
Pas
Part 1 de 2: Comprensió de les equacions
Pas 1. Definiu les variables d'equació
El primer pas per entendre l’equació és conèixer el significat de cadascuna de les variables. En aquest cas, E és l'energia d'un objecte estacionari, m és la massa de l'objecte, i c és la velocitat de la llum al buit.
La velocitat de la llum (c) és una constant igual a cada equació i aproximadament igual a 3,00x108 metres per segon. En el context de la relativitat d’Einstein, c2 funciona més com un factor de conversió d'unitat que com una constant. Per tant, c es quadra com a resultat de l’anàlisi dimensional (l’energia es mesura en joules, o kg m2 s-2) de manera que l’addició de c2 per assegurar que la relació entre energia i massa sigui dimensionalment coherent.
Pas 2. Comprendre què és l'energia
Hi ha moltes formes d’energia, incloses la calor, l’electricitat, els productes químics, la nuclear i altres. L'energia es transfereix entre diversos sistemes (proporcionant energia a un sistema mentre es treu energia d'un altre).
L’energia no es pot crear ni destruir, només transformar-se en formes diferents. Per exemple, el carbó té molta energia potencial que es converteix en energia calorífica quan es crema
Pas 3. Definiu la noció de massa
La massa es defineix generalment com la quantitat de matèria d'un objecte.
- També hi ha una altra definició de massa. Hi ha termes "energia de repòs" i "massa relativista". L’energia de repòs és una massa constant i que no canvia, independentment del marc de referència que utilitzeu. Per altra banda. la massa relativista depèn de la velocitat de l'objecte. A l’equació E = mc2, m es refereix a l'energia de repòs. Això és molt important, perquè significa la vostra massa no augmenta fins i tot si agafeu velocitat, contràriament a la creença popular.
- Cal entendre que la massa i el pes són dues coses diferents. El pes és la força gravitatòria que sent un objecte, mentre que la massa és la quantitat de matèria que hi ha a l’objecte. La massa només canvia si l’objecte s’altera físicament, mentre que el pes canvia en funció de la gravetat de l’entorn de l’objecte. La massa es mesura en quilograms (kg) mentre que el pes es mesura en Newtons (N).
- Igual que l’energia, la massa no es pot crear ni destruir, però sí que pot canviar de forma. Per exemple, els glaçons es fonen en líquid, però continuen tenint la mateixa massa en ambdós tipus de formes.
Pas 4. Comprendre que la massa i l'energia són equivalents
Aquesta equació afirma que la massa i l'energia són equivalents i indica la quantitat d'energia continguda en una quantitat determinada de massa. Bàsicament, aquesta equació explica que una petita massa està realment plena de gran energia.
Part 2 de 2: Aplicació d’equacions al món real
Pas 1. Comprendre d’on prové l’energia utilitzada
La major part de l’energia que consumim prové de la crema de carbó i gas natural. La combustió d’aquestes substàncies fa ús d’electrons de valència (electrons no aparellats a la capa més externa d’àtoms) i enllaços fets amb altres elements. Quan s’afegeix calor, aquests enllaços es trenquen i l’energia alliberada s’utilitza com a font d’energia.
L’obtenció d’energia mitjançant aquest mètode és molt poc eficient i perjudicial per al medi ambient
Pas 2. Apliqueu les equacions d'Einstein per fer la conversió d'energia més eficient
E = mc2ens diu que hi ha més energia emmagatzemada al nucli d’un àtom que als electrons de valència. L’energia alliberada per la fissió atòmica és molt superior a la de trencar enllaços electrònics.
L’energia nuclear es basa en aquest principi. Els reactors nuclears provoquen fissió atòmica i capturen grans quantitats d’energia alliberada
Pas 3. Descobriu les tecnologies creades per E = mc2.
E = mc2 ha permès la creació de moltes noves i emocionants tecnologies, entre les quals ens hem convertit en les nostres necessitats principals:
- Una exploració PET utilitza la radioactivitat per veure què hi ha dins del cos.
- Aquesta equació permet el desenvolupament de telecomunicacions amb satèl·lits i rover.
- La datació per radiocarbons utilitza la descomposició radioactiva basada en aquesta equació per determinar l’edat dels objectes antics.
- L’energia nuclear proporciona una font d’energia més neta i eficient per a la nostra societat.
