Echivalenta masei si energiei

Cele mai cunoscute doua legi din teoria relativitatii sunt echivalenta masei si energiei, exprimata de faimoasa ecuatie a lui Albert Einstein. E=mc2 si legea ca nici un corp (cu masa) nu se poate deplasa mai repede decât viteza luminii si nici nu poate atinge aceasta viteza.

E=mc2, unde E este energia, este masa, iar c este viteza luminii în vid si anume trei sute de milioane de metri pe secunda.

Datorita echivalentei masei si energiei, energia pe care o are un corp datorita miscarii sale, se va adauga masei sale (ceea ce va îngreuna marirea vitezei).

Acest efect este semnificativ numai pentru obiecte care se misca cu viteze apropiate de viteza luminii. Atunci când un corp se apropie de viteza luminii, masa lui creste foarte rapid,  astfel încât este necesara din ce în 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 decât viteza luminii. Deci, numai lumina si undele care nu au masa intrinseca se pot deplasa cu viteza luminii.

Echivalenta masei si energiei, E=mc2, ne spune ca energia înmagazinata de un obiect în repaus cu masa m este egala cu masa respectiva înmultita cu patratul vitezei luminii în vid, aratând ca un corp are energie chiar si atunci când este stationar, spre deosebire de mecanica newtoniana în care un corp care nu se afla în miscare nu are energie cinetica, însa el poate avea sau nu alte forme de energie înmagazinate în interior, cum ar fi energie termica sau energie chimica, pe lânga energia potentiala ce o poate avea prin pozitia lui într-un câmp de forta.

În mecanica newtoniana toate aceste energii sunt mult mai mici decât masa obiectului înmultita cu patratul vitezei luminii în vid.

În teoria relativitatii, toate energiile care se misca împreuna cu un obiect se aduna la masa totala a corpului obiectului, care masoara rezistenta acestuia la deviere. Atât energia cinetica, cât si cea potentiala au o contributie directa asupra masei.

În teoria relativitatii scaderea energiei înseamna scaderea masei. Spre exemplu când apa este încalzita într-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 în Sistemul International).

Cuvântul energie provine din limba greaca veche –energhia- care înseamna activitate si este format din doi termeni, ”en”, care inseamna ”in” si „ergho” având semnificatia „lucru”. În sensul folosit în fizica, sau, mai general, în stiinta, „energia” înseamna „potentialul care determina schimbari”.

Materia este caracterizata prin doua marimi fundamentale: masa senergiaMasa este masura inertiei si a gravitatiei, iar energia este masura scalara a miscarii 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 aceluiasi lucru, respectiv materia, asa cum spre exemplu, aburul si gheata sunt stari de agregare (moduri de prezentare) ale aceleiasi substante, respectiv apa.

Conform relatiei dintre masa si energie a lui Einstein, oricarei forme de energie a unui sistem fizic îi corespunde o masa inerta a sistemului.

Termenul de energie nucleara este folosit în 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 întelege energia electromagnetica eliberata (prin radiatie) datorita reactiilor de fuziune nucleara din stele si din bombele cu hidrogen, respectiv cea eliberata prin fisiune nucleara în bombele atomice si în aplicatiile civile (centrale nucleare).

Relatia E=mc² poate fi, deci, folosita pentru a calcula câta energie  s-ar produce daca o cantitate de materie ar fi convertita în radiatie (care transporta energia) electromagnetica.

Spre exemplu, masa materiei convertita în energie în cazul bombei de la Hirosima a fost mai mica decât 30 grame. (Conform relatiei lui Einstein, energia unui gram de materie este de 1014 Joule). Nu trebuie, însa, sa confundam masa cu materia.

Din punctul de vedere al fizicii, materia este sub forma de substanta (caracterizata prin masa) sau câmp (caracterizat prin energie).

Trasaturile caracteristice care definesc materia sunt: masanecesarul de spatiustructura interna senergia termica interna a materiei.

Masa se defineste drept acea marime masurabila ce determina cantitatea de substanta continuta într-un corp sau particula, determinabila la nivel macroscopic si masurata, de asemenea, macroscopic.

Spre deosebire de masa, conceptul de „câmp” este cu siguranta unul destul de abstract, întrucât nu are nici macar masa si poate sa nu existe deloc în materie.

În 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 între doua bucati separate de magnet, exista cu siguranta o forta de atractie sau de respingere în 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.

În cadrul fizicii, interactiunile ce au loc în spatiul dintre magneti poarta numele de câmpuri magnetice. Daca plasam pilitura de fier în jurul unui magnet, putem observa (re)orientarea acesteia în jurul liniilor de câmp; în acest fel putem avea o indicatie vizuala a prezentei câmpului magnetic.

Din experienta de zi cu zi suntem familiarizati si cu câmpurile electrice. Un exemplu este electricitatea statica ce explica modul în care materiale precum sticla si matasea se atrag dupa ce au fost în prealabil frecate una de cealalta.

Fizicienii includ aceste interactiuni în domeniul câmpurilor electrice generate de doua corpuri ca rezultat al dezechilibrului de electroni dintre ele. Este suficient sa spunem ca prezenta unei diferente de potential (tensiuni) între doua puncte duce la aparitia unui câmp electric în spatiul liber dintre acestea.

Câmpurile au doua caracteristici principale: forta sfluxul.

Forta reprezinta cantitatea de împingere pe care un câmp îl exercita la o anumita distanta, iar fluxul reprezinta cantitatea totala, sau efectul câmpului prin spatiu.

Forta si fluxul câmpului sunt aproximativ similare tensiunii (împingere) si curentului (curgere) printr-un conductor. Fluxul unui câmp poate întâmpina rezistenta în spatiu precum un curent întâmpina rezistenta într-un conductor.

scientia.ro

Bogdan

Per aspera ad astra