Hoe E = mc2 te begrijpen

In een van de revolutionaire wetenschappelijke artikelen van Albert Einstein gepubliceerd in 1905, werd het concept van E = mc geïntroduceerd, waar "E" het is energie, "m" het is massa en "c" het is de snelheid van het licht in een vacuüm. Sindsdien is E = mc een van de beroemdste vergelijkingen ter wereld geworden. Zelfs mensen die geen kennis hebben van de natuurkunde hebben in ieder geval gehoord van deze vergelijking en weten de enorme invloed die het heeft op de wereld waarin we leven. De meeste mensen weten echter niet precies wat het betekent. In eenvoudige termen vertegenwoordigt de vergelijking de gelijkwaardigheid tussen massa en energie - in feite geeft het aan dat beide slechts twee verschillende vormen van hetzelfde zijn. Deze eenvoudige vergelijking heeft de manier waarop we over energie denken veranderd en heeft ons in staat gesteld een groot aantal technologische vorderingen te maken.

Inhoud

Stappen

Deel 1begrijp de vergelijking
Deel 2pas de vergelijking toe in de echte wereld

stappen

Deel 1
Begrijp de vergelijking

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 1

Definieer de variabelen van de vergelijking. De eerste stap in het begrijpen van elke vergelijking is weten wat elke variabele betekent. In dit geval "E" het is de energie van een object, "m" is zijn massa en "c" het is de snelheid van het licht in een vacuüm.

De snelheid van het licht ("c") is een constante in alle referentiekaders en is ongeveer 3,00x10 meter per seconde. In de context van de relativiteit van Einstein functioneert de c meer als een eenheidsomrekeningsfactor dan als een constante. Daarom is het vierkant als resultaat van dimensionale analyse. De energie wordt gemeten in joules (of kg m s), dus optelling c zorgt ervoor dat de relatie tussen energie en massa dimensionaal constant is.

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 2

Begrijp wat het betekent als je over energie praat. Er zijn veel vormen van energie zoals bijvoorbeeld thermisch, elektrisch, chemisch, nucleair en nog veel meer. De energie wordt overgedragen tussen systemen die energie geven aan één en deze aan een andere onttrekken.

Energie kan niet worden gemaakt of vernietigd, het kan alleen van vorm veranderen. Steenkool heeft bijvoorbeeld veel potentiële energie die wordt omgezet in thermische energie wanneer deze wordt verbrand.

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 3

Bepaal wat massa betekent Over het algemeen wordt massa gedefinieerd als de hoeveelheid materie in een object.

Er zijn ook enkele andere definities van massa. Sommige zijn de "onveranderlijke massa" en de "relativistische massa". De onveranderlijke massa is er een die niet verandert, ongeacht het referentiekader waarin je jezelf bevindt. Aan de andere kant hangt de relativistische massa af van de snelheid van het object. In de vergelijking E = mc staat "m" voor de invariante massa. Dit is erg belangrijk omdat het betekent dat de massa niet groeit als de snelheid toeneemt, in tegenstelling tot wat veel mensen denken.

Het is belangrijk om te begrijpen dat de massa en het gewicht verschillend zijn. Het gewicht is de zwaartekracht die een object voelt, terwijl de massa de hoeveelheid materie in dat object is. De massa kan alleen veranderen als het object fysiek is gewijzigd, terwijl het gewicht verandert afhankelijk van de zwaartekracht van de omgeving waarin het object zich bevindt. De massa wordt gemeten in kilogram (kg) terwijl het gewicht wordt gemeten in newton (N).

Net als energie, kan massa niet worden gemaakt of vernietigd, het kan alleen van vorm veranderen. Een ijsblokje kan bijvoorbeeld smelten in een vloeibare toestand, maar het blijft altijd dezelfde massa hebben in beide toestanden.

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 4

Begrijp dat massa en energie equivalent zijn. De vergelijking stelt dat massa en energie hetzelfde zijn en aangeven hoeveel energie in een bepaalde hoeveelheid massa zit. Kort gezegd legt de vergelijking uit dat een kleine hoeveelheid massa is gevuld met een grote hoeveelheid energie.

Deel 2
Pas de vergelijking toe in de echte wereld

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 5

Begrijp waar de bruikbare energie vandaan komt. De meeste bruikbare energie komt van het verbranden van kolen en aardgas. Het verbranden van deze stoffen maakt gebruik van hun valentie-elektronen (de ongepaarde elektronen in de buitenste laag van een atoom) en de banden die ze maken met andere elementen. Wanneer warmte wordt toegevoegd, breken deze bindingen en komt er energie vrij die wordt gebruikt om gemeenschappen van brandstof te voorzien.

Het op deze manier verkrijgen van energie is niet erg efficiënt en is duur voor het milieu.

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 6

Pas de Einstein-vergelijking toe, zodat de energieconversie efficiënter is. E = mc vertelt ons dat er veel meer energie is opgeslagen in de kern van een atoom dan in zijn valentie-elektronen. De energie die vrijkomt door een atoom te delen, is veel hoger dan die wordt vrijgegeven door de elektronenlussen te verbreken.

Kernenergie is gebaseerd op dit principe. Kernreactoren produceren splijting (de verdeling van atomen) en vangen een grote hoeveelheid afgegeven energie op.

Titel afbeelding Understand E = mc2 Step 7

Ontdek de technologieën die mogelijk zijn dankzij de vergelijking E = mc. De vergelijking E = mc heeft de creatie mogelijk gemaakt van veel nieuwe en opwindende technologieën waarvan de afwezigheid moeilijk voorstelbaar is:

PET-scans gebruiken radioactiviteit om in het lichaam te kijken.

De vergelijking maakte de ontwikkeling mogelijk van telecommunicatie met satellieten en ontdekkingsreizigers.

Radiocarbon-datering maakt gebruik van radioactief verval op basis van de vergelijking om de ouderdom van oude objecten te bepalen.

Kernenergie biedt veel schonere en efficiëntere energiebronnen voor onze samenleving.

Delen op sociale netwerken:

Verwant