ალბერტ აინშტაინის მიერ 1905 წელს აღმოჩენილ რევოლუციურ სამეცნიერო ნაშრომში, E = mc2 შემოღებულია, სადაც: E არის ენერგია, m არის მასა და c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. მას შემდეგ, E = mc2 გახდა მსოფლიოში ერთ -ერთი ყველაზე აღიარებული განტოლება. სინამდვილეში, ადამიანებს, რომლებსაც არ აქვთ გამოცდილება ფიზიკაში, მინიმუმ გაიგეს ამ განტოლების შესახებ და იციან მისი უზარმაზარი გავლენა სამყაროზე. თუმცა, უმეტესობამ არ იცის რას ნიშნავს განტოლება. მარტივად რომ ვთქვათ, ეს განტოლება წარმოადგენს ენერგიის კავშირს მატერიაში: არსებითად, ენერგია და მატერია ერთი და იგივე რამის ორი ფორმაა. ამ მარტივმა განტოლებამ შეცვალა ენერგიის შესახებ ჩვენი აზროვნება და წარმოშვა სხვადასხვა ტექნოლოგიური წინსვლა.
ნაბიჯი
2 ნაწილი 1: განტოლების გაგება
ნაბიჯი 1. განტოლების ცვლადების განსაზღვრა
განტოლების გაგების პირველი ნაბიჯი არის თითოეული ცვლადის მნიშვნელობის ცოდნა. ამ შემთხვევაში, E არის სტაციონარული ობიექტის ენერგია, m არის ობიექტის მასა და c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.
სინათლის სიჩქარე (გ) არის მუდმივი, რომელიც ტოლია თითოეულ განტოლებაში და დაახლოებით უდრის 3.00x108 მეტრი წამში. აინშტაინის ფარდობითობის კონტექსტში გ2 უფრო მეტად მოქმედებს როგორც ერთეულის კონვერტაციის ფაქტორი, ვიდრე მუდმივი. მაშასადამე, c კვადრატულია განზომილებიანი ანალიზის შედეგად (ენერგია იზომება ჯოულებში, ან კგ მ2 ს-2) ისე, რომ დამატება გ2 იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ენერგიასა და მასას შორის ურთიერთობა განზომილებიანი თანმიმდევრულია.
ნაბიჯი 2. გაიაზრეთ რა არის ენერგია
არსებობს ენერგიის მრავალი ფორმა, მათ შორის სითბო, ელექტროენერგია, ქიმიკატები, ბირთვული და სხვა. ენერგია გადადის სხვადასხვა სისტემებს შორის (ერთ სისტემას აძლევს ენერგიას მეორედან ენერგიის მოზიდვისას).
ენერგიის შექმნა ან განადგურება შეუძლებელია, ის გარდაიქმნება მხოლოდ სხვადასხვა ფორმებად. მაგალითად, ქვანახშირს აქვს ბევრი პოტენციური ენერგია, რომელიც იწვება სითბოს ენერგიად
ნაბიჯი 3. განსაზღვრეთ მასის ცნება
მასა ზოგადად განისაზღვრება, როგორც მატერიის რაოდენობა ობიექტში.
- ასევე არსებობს მასის სხვა განმარტება. არსებობს ტერმინები "დასვენების ენერგია" და "რელატივისტული მასა". დასვენების ენერგია არის მასა, რომელიც არის მუდმივი და არ იცვლება, არ აქვს მნიშვნელობა რა მიმართულების ჩარჩოს იყენებთ. Მეორეს მხრივ. რელატივისტური მასა დამოკიდებულია ობიექტის სიჩქარეზე. განტოლებაში E = mc2, m ეხება დასვენების ენერგიას. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ეს ნიშნავს თქვენს მასას არა იზრდება მაშინაც კი, თუ თქვენ აჩქარებთ სიჩქარეს, პოპულარული რწმენის საწინააღმდეგოდ.
- უნდა გვესმოდეს, რომ მასა და წონა ორი განსხვავებული რამაა. წონა არის გრავიტაციული ძალა, რომელსაც იგრძნობს ობიექტი, ხოლო მასა არის მატერიის რაოდენობა ობიექტში. მასა იცვლება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ობიექტი ფიზიკურად არის შეცვლილი, ხოლო წონა იცვლება ობიექტის მიმდებარე სიმძიმის მიხედვით. მასა იზომება კილოგრამებში (კგ), ხოლო წონა იზომება ნიუტონებში (N).
- ენერგიის მსგავსად, მასა არ შეიძლება შეიქმნას ან განადგურდეს, მაგრამ მას შეუძლია შეცვალოს ფორმა. მაგალითად, ყინულის კუბურები დნება თხევად, მაგრამ მაინც აქვს იგივე მასა ორივე ტიპის ფორმებში.
ნაბიჯი 4. გაიაზრეთ, რომ მასა და ენერგია ექვივალენტურია
ეს განტოლება აცხადებს, რომ მასა და ენერგია ექვივალენტურია და გვეუბნება რამდენ ენერგიას შეიცავს მასის მოცემული რაოდენობა. ძირითადად, ეს განტოლება განმარტავს, რომ მცირე მასა რეალურად სავსეა დიდი ენერგიით.
ნაწილი 2 2: განტოლებების გამოყენება რეალურ სამყაროში
ნაბიჯი 1. გაიაზრეთ, საიდან მოდის გამოყენებული ენერგია
ენერგიის უმეტესი ნაწილი, რომელსაც ჩვენ ვხარჯავთ, მოდის ნახშირის და ბუნებრივი აირის წვის შედეგად. ამ ნივთიერებების წვისას გამოიყენება ვალენტობის ელექტრონები (შეუწყვილებელი ელექტრონები ატომების უკიდურეს გარსში) და ობლიგაციები სხვა ელემენტებთან. როდესაც სითბო ემატება, ეს ობლიგაციები იშლება და გამოთავისუფლებული ენერგია ენერგიის წყაროდ გამოიყენება.
ამ მეთოდის საშუალებით ენერგიის მოპოვება ძალიან არაეფექტურია და ზიანს აყენებს გარემოს
ნაბიჯი 2. გამოიყენეთ აინშტაინის განტოლებები, რათა ენერგიის გარდაქმნა უფრო ეფექტური იყოს
E = მკ2გვეუბნება, რომ უფრო მეტი ენერგია ინახება ატომის ბირთვში, ვიდრე ვალენტურ ელექტრონებში. ატომური დაშლისგან გამოთავისუფლებული ენერგია გაცილებით მაღალია, ვიდრე ელექტრონული ობლიგაციების გაწყვეტა.
ბირთვული ენერგია ემყარება ამ პრინციპს. ბირთვული რეაქტორები იწვევენ ატომურ დაშლას და იჭერენ დიდი რაოდენობით გამოთავისუფლებულ ენერგიას
ნაბიჯი 3. აღმოაჩინეთ E = mc მიერ შექმნილი ტექნოლოგიები2.
E = მკ2 დაუშვა მრავალი ახალი და საინტერესო ტექნოლოგიის შექმნა, რომელთა შორის ჩვენ გავხდით ჩვენი მთავარი მოთხოვნილებები:
- PET სკანირება იყენებს რადიოაქტიურობას იმის დასადგენად, თუ რა არის შიგნით სხეულში.
- ეს განტოლება საშუალებას იძლევა განვითარდეს ტელეკომუნიკაცია თანამგზავრებთან და როვერთან.
- რადიოკარბონის დათარიღება იყენებს რადიოაქტიურ დაშლას ამ განტოლების საფუძველზე ძველი ობიექტების ასაკის დასადგენად.
- ბირთვული ენერგია უზრუნველყოფს ჩვენი საზოგადოების ენერგიის უფრო სუფთა და ეფექტურ წყაროს.
