في إحدى الأوراق العلمية لألبرت أينشتاين المنشورة عام 1905، تم تقديم المعادلة التي توضح علاقة التكافؤ بين الكتلة والطاقة i = k.s2، حيث “i” هي الطاقة، و “k” هي الكتلة، و “x” هي سرعة الضوء في الفراغ. أصبح X مصدر بحثي i = kx2 منذ ذلك الحين واحدة من أشهر المعادلات في العالم، حتى الأشخاص الذين ليس لديهم أي خلفية في الفيزياء يجب أن يكونوا قد سمعوا عنها على الأقل ولديهم فكرة عن تأثيرها غير العادي على العالم الذي نعيش فيه، ولكن هذا لا يعني أن معظم الأشخاص الذين سمعوا عن المعادلة يعرفون ما تعنيه. عند محاولة فهم المعادلة، يجب أن نعلم أولاً أنها تُظهر أن الكتلة والطاقة مرتبطان دائمًا، وعندما يتم شرحها بطريقة مبسطة، نقول إن العلاقة المتبادلة بين الطاقة والمادة تختصر إلى حقيقة أن كلاهما لا شيء سوى صورة مختلفة لنفس الشيء. X مصدر البحث لقد غيرت هذه المعادلة البسيطة نسبيًا فهمنا للطاقة وأعطتنا العديد من التطورات التقنية.
خطوات
افهم المعادلة
1 حدد متغيرات المعادلة. الخطوة الأولى لفهم أي معادلة هي معرفة ما يمثله كل متغير. في هذه الحالة “i” هي طاقة الجسم الساكن، و “k” هي كتلة ذلك الجسم، و “x” هي سرعة الضوء في الفراغ.
- سرعة الضوء، x، ثابتة في جميع الإطارات المرجعية وتبلغ تقريبًا 3.00 × 108 مترًا في الثانية. في سياق شرح نسبية أينشتاين، يعمل Q2 كعامل تحويل بدلاً من كونه ثابتًا، ثم يتم تربيعه كنتيجة لتحليل الأبعاد – تُقاس الطاقة بالجول أو kgm2s، لذا فإن إضافة Q2 يضمن اتساق الأبعاد في العلاقة بين الطاقة و كتلة.
2 افهم المقصود بالطاقة. هناك أشكال عديدة للطاقة منها الحرارية والكهربائية والكيميائية والنووية وغيرها. ينتقل X Research Source Energy من نظام إلى آخر، مما يمنح قوة لأحدهما بينما يستمده من الآخر.
- لا يمكن إنشاء الطاقة أو تدميرها، لكنها تتحول من شكل إلى آخر. على سبيل المثال يحتوي الفحم على قدر كبير من الطاقة الكامنة التي يتم تحويلها إلى طاقة حرارية عند حرقها.
3 فهم معنى الكتلة. تُعرَّف الكتلة عمومًا على أنها مقدار المادة التي يحتوي عليها الكائن. X موارد البحث
- هناك أيضًا عدد من التعريفات الأخرى للكتلة، بما في ذلك “الكتلة الساكنة” و “الكتلة النسبية”. الكتلة الساكنة هي كتلة لا تتغير، مهما كان إطارها المرجعي. بالنسبة للكتلة النسبية، فإنها تعتمد على سرعة الجسم. الكتلة (k) في المعادلة i = k.x2 هي الكتلة الساكنة. هذه الحقيقة مهمة جدًا لأنها تعني أن الكتلة التي تتعامل معها هنا لا تزداد كلما تسرع، على عكس الاعتقاد السائد.
- من المهم معرفة أن الكتلة تختلف عن الوزن. الوزن هو تأثير قوة الجاذبية على جسم ما، والكتلة هي كمية المادة التي يحتوي عليها الجسم. فالكتلة لا تتغير إلا مع تغير الجسم ماديًا، بينما يتغير الوزن وفقًا لخطورة البيئة التي يتواجد فيها الجسم. تقاس الكتلة بالكيلوجرام (كجم) ويقاس الوزن بالنيوتن (ن).
- الكتلة – مثل الطاقة – لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها، بل تتحول من شكل إلى آخر. على سبيل المثال يذوب مكعب ثلج ويصبح سائلًا، لكنه يحتوي على نفس الكمية من الكتلة في كلتا الحالتين.
4 اعلم أن الكتلة والطاقة متكافئان. مصدر البحث X تنص المعادلة على أن الكتلة والطاقة هما نفس الشيء وتخبرك بكمية الطاقة الموجودة في كمية معينة من الكتلة. تشرح المعادلة بشكل أساسي أن كمية صغيرة من الكتلة مملوءة بكمية هائلة من الطاقة. X موارد البحث
طبق المعادلة في العالم الحقيقي
1 فهم مصدر الطاقة القابلة للاستخدام. تأتي معظم طاقتنا المستهلكة من احتراق الفحم والغاز الطبيعي. يستفيد حرق هذه المواد من إلكترونات التكافؤ التي تحتوي عليها (الإلكترونات غير المزاوجة في الغلاف الخارجي للذرة) والروابط التي تشكلها هذه الإلكترونات مع عناصر أخرى. تنكسر هذه الروابط عندما يتم تطبيق الحرارة عليها وتستخدم الطاقة المنبعثة لإضاءة مدننا.
- لا تعتبر هذه الطريقة أفضل طريقة لتوفير الطاقة لأنها ليست ذات كفاءة عالية وتضر بالبيئة.
2 افهم أن معادلة أينشتاين يمكن تطبيقها لتحسين كفاءة الحفاظ على الطاقة. تخبرنا المعادلة C = CQ2 أن نواة الذرة مخزنة بطاقة أكبر بكثير من إلكترونات التكافؤ. مصدر البحث X الطاقة المنبعثة من انشطار الذرة أكبر بكثير من طاقة الإلكترونات التي تكسر الروابط.
- تعتمد الطاقة النووية على هذا المبدأ. يسبب المفاعل النووي الانشطار (انقسام الذرات) ويلتقط كمية هائلة من الطاقة المنبعثة.
3 اكتشف التطورات التكنولوجية التي أتاحتها المعادلة i = kx2. لقد مكنتنا المعادلة C = CX2 من إيجاد العديد من التقنيات الجديدة والمثيرة، والتي لا يمكننا من بينها تخيل الحياة بدون X Research source
- التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) تستخدم هذه التقنية النشاط الإشعاعي لرؤية داخل الجسم.
- لقد مكنتنا المعادلة من تطوير الاتصالات مع الأقمار الصناعية ومركبات الكواكب الجوالة (المسماة روفرز).
- يستخدم التأريخ بالكربون المشع الانحلال الإشعاعي بناءً على المعادلة لتحديد عمر الأشياء القديمة.
- تزود الطاقة النووية مجتمعاتنا بمصادر طاقة أكثر كفاءة وأنقى.