На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









20. Macca и энергия

Сравнение формул (5) и (7) дает нам следующую связь:
Еr = тс2.
Масса тела и его релятивистская энергия — пропорциональные величины, причем коэффициентом пропорциональности служит квадрат скорости света с2. Эту связь массы и энергии мы нашли для частного случая релятивистской энергии свободного тела. Оказывается, однако, что такое же соотношение имеет место для любого вида энергии. Существует общий закон природы:
Е = тс2,                                                                    (9)
где Е, кроме энергии свободного тела, может означать еще потенциальную энергию, теплоту, химическую энергию или любую другую энергию.
 
Формула (9) показывает, что полная энергия тела Е всегда связана с массой. Как только изменяется энергия тела, изменяется пропорционально и масса и, наоборот, любое изменение массы всегда сопровождается соответствующим изменением энергии.

Маленькое изображениеРис. 44.

То, что свет обладает также «и массой, следует из существования давления света, открытого в 1900 г. русским физиком П. Н. Лебедевым. Лебедев установил, что световой поток обладает не только энергией Е, но и импульсом Е/с и, следовательно, массой. Если тело поглощает световую энергию Е, то оно получает импульс Е/с, если же оно излучает световую энергию Е, оно получает  отдачу c импульсом,  равным  Е/с.

Рассмотрим теперь «изображенную на рис. 44 трубку, концы которой закрыты пробками А и В. Пусть излученный из пробки А световой поток с энергией Е движется к пробке В и поглощается в ней. В тот момент, когда световой поток выходит из A, пробка, а вместе с нею и вся трубка получит импульс, направленный влево. Под его влиянием трубка начнет двигаться с определенной скоростью также влево. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока световой поток не дойдет до пробки В и не поглотится там. В результате внутренних процессов трубка сдвинулась с места. Одно из начал физики гласит, что под влиянием внутренних сил система не может сдвинуть свой центр масс. Перемещаться могут только ее отдельные части, притом таким образом, что центр масс остается в покое. Следовательно, сдвиг трубки влево в описанном опыте был возможен только за счет того, что в то же (самое время часть массы внутри трубки должна была двигаться вправо. Очевидно, что у движущегося вправо светового потока имеется определенная масса. Если обозначить массу светового потока через m, то его импульс можно выразить в виде произведения массы и скорости этого сигнала mс. Приравнивая это значение полученной в опыте П. Н. Лебедева величине Е/с, находим  формуле
 
Е = mс2.
 
Эта формула позволяет вычислить массу светового потока, если известна  его  энергия.

Количества энергии, с которыми мы повседневно имеем дело, так малы, что они не вызывают заметного изменения массы. Нагревая, например, гирю весом в 1 кг до 1000°, мы сообщаем ей 108 ккал энергии. Можно подсчитать, что при этом масса гири возрастает на пять миллиардных грамма. Это настолько ничтожная величина, что ее никак нельзя обнаружить.
 
На уроках химии в школе иногда демонстрируют такой опыт. На чашку весов помещают закрытый стеклянный сосуд, на дне которого находится кусочек легковоспламеняющегося вещества. Весы уравновешивают. Затем легковоспламеняющееся вещество зажигают (это можно сделать, например, собрав линзой солнечные лучи) и вскоре от него останется только щепотка золы. Несмотря на это, весы остаются в равновесии. Этим опытом демонстрируется закон сохранения вещества: при сгорании вещество не исчезает и не возникает, оно только изменяет свое состояние. Общая масса вещества, находящегося в стеклянном сосуде до и после сгорания, одна и та же. Именно такой вывод обычно и делается. Однако формула теории относительности (9) говорит, что это не совсем точно. В процессе горения из сосуда излучается тепловая и световая энергии. Это значит, что, строго говоря, полная масса вещества в сосуде должна уменьшиться. Уменьшение, правда, так мало, что весы на него не реагируют, но все-таки оно существует. Масса вещества в сосуде не будет изменяться только тогда, когда вся энергия, возникшая при горении, останется внутри него.
 
Однако из изложенного вовсе не следует, что теория относительности покушается на законы сохранения вещества. Теория относительности учитывает закон сохранения массы в самом общем виде. В частности, она учитывает и» то, что всякое изменение энергии сопровождается изменением массы.
 
С энергией движения тел, так называемой кинетической энергией, мы встречаемся каждый день. Когда движущееся тело затрачивает свою кинетическую энергию, оно останавливается. Теория относительности между тем утверждает, что в таком случае энергия тела еще далеко не исчерпана. Основная часть энергии, т. е. энергия покоя, не расходуется. Энергию покоя тела можно высвободить только путем уменьшения массы покоя. При этом уже незначительное изменение массы покоя приведет к освобождению большого количества энергии. Выше мы видели, что 1 г массы соответствует 9180 000 килограммометров энергии. Такое колоссальное количество энергии ( равное энергии, вырабатываемой за неделю мощной гидроэлектростанцией) освобождалось бы при «исчезновении» 1 г массы покоя.
 
Связь массы и энергии, установленная в теории относительности, примечательна тем, что она пригодна для всех без исключения тел и явлений в природе. Это значит, что при описании природы не имеет смысла говорить отдельно о массе и энергии. При более глубоком изучении между массой и энергией обнаруживается такая тесная связь, что одно из этих понятий при описании природы вполне может быть опущено.
 
Релятивистская физика может и вовсе не содержать понятия энергии. С другой стороны, релятивистскую физику можно построить так, что она вообще не будет содержать понятия массы — везде будет фигурировать понятие энергии. В классической физике этого сделать нельзя, поскольку здесь нет связи между массой и энергией. В классической физике масса и энергия представляются нам столь же резко обособленными понятиями, как пространство и время.
 
Как обстоит дело в самой природе? Существует ли и масса, и энергия, или же существует только одна из них?
 
Человек, изучая природу, убедился в целесообразности применения таких понятий, так как с их помощью оказалось возможным создать соответствующую действительности картину происходящих в природе явлений. Эти понятия, образно говоря, являются фотоснимками определенных характеристик тел природы. Теперь, когда теория относительности показала наличие универсальной связи между массой и энергией, доказано, что масса и энергия — понятия, соответствующие одним и тем же характеристикам в природе. В этом смысле массу и энергию можно считать эквивалентными. Эта эквивалентность, конечно, не означает совпадения понятий, их идентичности. Здесь можно провести следующее (очень грубое) сравнение.
 
Рассмотрим две разные фотокарточки одного и того же человека. Эти фотографии эквивалентны в том смысле, что они изображают одного и того же человека, но они полностью не совпадают, они не идентичны.
 
Так же обстоит дело с массой и энергией и с той физической реальностью, которую отражают эти понятия. Физическая реальность одна и та же, а понятия массы и энергии — различны.
 
Соотношение (9), которое называют формулой эквивалентности массы и энергии, полностью относится к релятивистской физике. Используя формулу (9), принципиально можно измерять массу в килограммометрах или энергию в граммах. Однако использование таких единиц измерения практически нецелесообразно. Это нетрудно показать. Если считать, что 1 квт час электроэнергии стоит 4 коп., то 1 г электроэнергии будет стоить несколько больше миллиона рублей.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.