Jinsi ya Kuelewa Mfumo wa E = MC2: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: Jason Gerald | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-15 08:24

Katika kazi ya kisayansi ya mapinduzi iliyogunduliwa na Albert Einstein mnamo 1905, E = mc² kuletwa, ambapo: E ni nishati, m ni wingi, na c ni kasi ya taa kwenye utupu. Tangu wakati huo, E = mc² imekuwa moja ya hesabu zinazotambulika zaidi ulimwenguni. Kwa kweli, watu wasio na msingi wa fizikia wamesikia angalau habari hii na wanajua athari yake kubwa kwa ulimwengu. Walakini, watu wengi hawajui maana ya equation. Kuweka tu, equation hii inawakilisha uunganisho wa nishati katika jambo: kwa asili, nguvu na vitu ni aina mbili za kitu kimoja. Mlinganisho huu rahisi umebadilisha njia tunayofikiria juu ya nishati na imesababisha maendeleo anuwai ya kiteknolojia.

Hatua

Sehemu ya 1 ya 2: Kuelewa Mlinganisho

Hatua ya 1. Fafanua anuwai ya equation

Hatua ya kwanza kuelewa equation ni kujua maana ya kila moja ya anuwai. Katika kesi hii, E ni nguvu ya kitu kilichosimama, m ni wingi wa kitu, na c ni kasi ya taa kwenye utupu.

Kasi ya mwangaza (c) ni mara kwa mara ambayo ni sawa katika kila equation na ni takriban sawa na 3.00x10⁸ mita kwa sekunde. Katika muktadha wa uhusiano wa Einstein, c² inafanya kazi zaidi kama sababu ya ubadilishaji wa kitengo kuliko kawaida. Kwa hivyo, c ni mraba kama matokeo ya uchambuzi wa mwelekeo (nishati hupimwa kwa joules, au kg m² s^-2) ili nyongeza ya c² kuhakikisha kuwa uhusiano kati ya nishati na misa unalingana sawia.

Hatua ya 2. Kuelewa nishati ni nini

Kuna aina nyingi za nishati, pamoja na joto, umeme, kemikali, nyuklia, na zingine. Nishati huhamishwa kati ya mifumo anuwai (kutoa nguvu kwa mfumo mmoja wakati wa kuchora nishati kutoka kwa nyingine).

Nishati haiwezi kuundwa au kuharibiwa, inabadilishwa tu kuwa aina tofauti. Kwa mfano, makaa ya mawe yana nguvu nyingi ambazo hubadilika kuwa nishati ya joto wakati wa kuchomwa

Hatua ya 3. Fafanua wazo la misa

Misa kwa ujumla hufafanuliwa kama kiwango cha jambo katika kitu.

• Kuna pia ufafanuzi mwingine wa misa. Kuna maneno "nishati ya kupumzika" na "misa inayohusiana". Nishati ya kupumzika ni wingi ambao ni wa kila wakati na haubadilika, bila kujali unatumia sura gani ya kumbukumbu. Kwa upande mwingine. umati wa relativistic hutegemea kasi ya kitu. Katika equation E = mc², m inahusu nishati ya kupumzika. Hii ni muhimu sana, kwa sababu inamaanisha misa yako Hapana huongezeka hata ikiwa unachukua kasi, kinyume na imani maarufu.
• Inapaswa kueleweka kuwa misa na uzito ni vitu viwili tofauti. Uzito ni nguvu ya uvutano inayohisiwa na kitu, wakati molekuli ni kiwango cha vitu kwenye kitu. Misa hubadilika tu ikiwa kitu kimebadilishwa kimwili, wakati uzito hubadilika kulingana na mvuto wa mazingira ya kitu. Misa hupimwa kwa kilo (kg) wakati uzito unapimwa katika Newtons (N).
• Kama nishati, misa haiwezi kuundwa au kuharibiwa, lakini inaweza kubadilisha fomu. Kwa mfano, cubes za barafu zinayeyuka ndani ya kioevu, lakini bado zina kiwango sawa katika aina zote mbili za fomu.

Hatua ya 4. Elewa kuwa misa na nishati ni sawa

Mlingano huu unasema kuwa misa na nishati ni sawa, na inaelezea ni kiasi gani cha nishati kilichomo katika kiwango fulani cha misa. Kimsingi, equation hii inaelezea kuwa molekuli ndogo imejaa nguvu nyingi.

Sehemu ya 2 ya 2: Kutumia Mlinganisho katika Ulimwengu Halisi

Hatua ya 1. Kuelewa ni wapi nishati inayotumiwa inatoka

Nguvu nyingi tunazotumia hutokana na kuchoma makaa ya mawe na gesi asilia. Mwako wa dutu hizi hutumia elektroni za valence (elektroni ambazo hazijapimwa katika ganda la nje la atomi) na vifungo vilivyotengenezwa na vitu vingine. Wakati joto linaongezwa, vifungo hivi vinavunjwa na nishati iliyotolewa hutumiwa kama chanzo cha nguvu.

Kupata nishati kupitia njia hii sio sawa na inaharibu mazingira

Hatua ya 2. Tumia hesabu za Einstein ili kufanya uongofu wa nishati uwe na ufanisi zaidi

E = mc²inatuambia kwamba kuna nishati zaidi iliyohifadhiwa kwenye kiini cha atomi kuliko elektroni za valence. Nishati iliyotolewa kutoka kwa fission ya atomiki ni kubwa zaidi kuliko ile ya kuvunja vifungo vya elektroni.

Nguvu ya nyuklia inategemea kanuni hii. Mitambo ya nyuklia husababisha kutenganishwa kwa atomiki na kukamata idadi kubwa ya nishati iliyotolewa

Hatua ya 3. Gundua teknolojia zilizoundwa na E = mc².

E = mc² imeruhusu uundaji wa teknolojia mpya mpya na za kufurahisha, kati ya hizo tumekuwa mahitaji yetu ya msingi:

• Scan ya PET hutumia mionzi ili kuona kilicho ndani ya mwili.
• Usawa huu unaruhusu maendeleo ya mawasiliano ya simu na satelaiti na rover.
• Urafiki wa Radiocarbon hutumia mtengano wa mionzi kulingana na equation hii kuamua umri wa vitu vya zamani.
• Nishati ya nyuklia hutoa chanzo safi na bora zaidi cha nishati kwa jamii yetu.