Связь между массой и энергией

Важнейшее следствие теории относительности, играющее одну из главных ролей в ядерной физике и физике элементарных частиц - универсальная связь между энергией и массой.

Связь между энергией и массой неизбежно следует из закона сохранения энергии и того факта, что масса тела зависит от скорости его движения. Это видно из простого примера. При нагревании газа в сосуде ему сообщается определенная энергия. Скорость хаотического теплового движения молекул зависит от температуры, и увеличивается с нагреванием газа. Увеличение скорости движения молекул согласно формуле  означает увеличение массы всех молекул. Следовательно, масса газа в сосуде увеличивается при увеличении его внутренней энергии. Между массой газа и его энергией существует связь.

 Формула Эйнштейна. С помощью» теории относительности Эйнштейн  установил замечательную по своей простоте и общности формулу связи между энергией и массой: E=mc2

Энергия тела или системы тел  равна массе, умноженной на квадрат скорости света.

Если изменяется энергия системы, то изменяется и ее масса.

Так как коэффициент  очень мал, то заметные изменения массы возможны лишь при очень больших изменениях энергии. При химических реакциях или при нагревании  в обычных условиях изменения энергии настолько малы, что соответствующие изменения масс не удается обнаружить на опыте. Лишь при превращениях атомных ядер и элементарных частиц изменения энергии оказываются настолько большими, что изменение массы уде заметно.

При взрыве водородной бомбы выделяется около 1017 Дж. Эта энергия превышает выработку электроэнергии на всем земном шаре за несколько дней. Выделяющаяся энергия уносится вместе с излучением. Излучение наряду с энергией обладает массой, которая составляет 0,1% массы исходных материалов.

Энергия покоя.

Согласно формуле (6.9) тело обладает энергией и при скорости, равной нулю. Это энергия покоя Ео:

E0 = m0c2

 Любое тело уже только благо факту своего существования обладает энергией, которая пропорциональна массе покоя то.

При превращениях элемента частиц, обладающих массой покоя в частицы, у которых  mо=0, энергия покоя целиком превращается в кинетическую энергию вновь  образовавшихся частиц. Этот факт  является наиболее очевидным экспериментальным доказательством существования энергии покоя.

Релятивистские эффекты

Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905г А.Эйнштейн, представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютановской механике, предполагается что время однородно, а пространство однородно и изотропно. Специальная теория часто называется релятивистской, а специфические явления, описываемые этой теорией, - релятивистским эффектом.

Движение тел со скоростью, близкой к скорости света, принято называть релятивистским.

Длина тела в направлении движения со скоростью v относительно системы отсчета связана с длиной  L0 покоящегося тела соотношением, где с — скорость света в вакууме.

Промежугок времени t; в системе, движущейся со скоростью v по отношению к наблюдателю, связан с промежутком времени tо в неподвижной для наблюдателя системе соотношением

Зависимость массы тела от скорости его движения определяется по формуле

где m0, — масса покоя тела.

Кинетическая энергия движущегося тела W = mc2 – m0c2,

где т — масса движущегося тела со скоростью v.

Закон сложения скоростей:

Симметрия пространства-времени, законы сохранения.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки