אנשים רבים לא מצליחים להבין כמה אנרגיה כלולה בחומר. עם זאת, יש משהו מהותי עוד יותר בפן הזה של החומר שנמלט מדענים במשך שנים.
רק לאחר ההברקה של אלברט איינשטיין הצלחנו להבין במלואו את המתאם הזה בין מסה לאנרגיה. הזן E = mc2. הנוסחה האלגברית הפשוטה לכאורה מייצגת את המתאם של אנרגיה לחומר (שקילות אנרגיה של כל כמות מסה נתונה). רבים שמעו על כך, אך לא רבים מבינים מה הדבר מרמז. אנשים רבים אינם מודעים לכמות האנרגיה הכלולה בחומר. לכן, במשך הדקות הקרובות אנסה להעביר לכם את גודל השוויון האנרגטי הפוטנציאלי האישי שלכם.
ראשית, עלינו לפרק משוואה זו. מה הפירוש של כל אחת מהאותיות? מהם הערכים שלהם? בואו נשבר את זה משמאל לימין:
ה מייצג את האנרגיה, אותה אנו מודדים בג'אול. Joules היא מדידת SI לאנרגיה והיא נמדדת כקילוגרם x מטר בריבוע לשניות בריבוע [kg x m2/ ים2]. כל זה בעצם פירושו הוא שג'אול אנרגיה שווה לכוח המשמש להנעת אובייקט ספציפי מטר 1 באותו כיוון כמו הכוח.
M מייצג את המסה של האובייקט שצוין. למשוואה זו אנו מודדים מסה בקילוגרמים (או 1000 גרם).
ג מייצג את מהירות האור. בוואקום, האור נע במהירות 186,282 מייל לשניה. עם זאת במדע אנו משתמשים ב- SI (מערכת היחידות הבינלאומית), ולכן אנו משתמשים במדידות של מטר וקילומטר בניגוד לרגליים ולמיילים. אז בכל פעם שאנו מבצעים את החישובים שלנו לאור, אנו משתמשים 3.00 × 108m / s, או ליתר דיוק 300,000,000 מטר לשנייה.
אז בעצם מה שהמשוואה אומרת זה שעבור כמות מסוימת של מסה (בקילוגרמים), אם תכפיל אותה במהירות האור בריבוע (3.00 × 108)2, אתה מקבל את השוויון האנרגטי שלו (ג'ול). אז מה זה אומר? איך אני יכול להתייחס לזה, וכמה אנרגיה יש בחומר? ובכן, הנה החלק המהנה. אנו עומדים לערוך ניסוי.
זה לא אחד שאנו זקוקים לו לציוד מפואר, והוא גם אינו צריך מעבדה גדולה עבורו. כל מה שאנחנו צריכים זה מתמטיקה פשוטה והדמיון שלנו. לפני שאמשיך, אני רוצה לציין שאני משתמש במשוואה זו בצורתה הבסיסית ביותר. ישנן נגזרות מורכבות רבות יותר של משוואה זו המשמשות ליישומים רבים ושונים. כמו כן, ראוי להזכיר שכששני אטומים נתיכים (כמו מימן המתמזג בהליום בליבת הכוכב שלנו) רק כ- 0.7% מהמסה הופכים לאנרגיה כוללת. לענייננו איננו צריכים לדאוג לעניין, מכיוון שאני פשוט ממחיש את כמויות האנרגיה המדהימות המהוות את השוויון שלך במסה, ולא ממחיש את ההיתוך של כל המסה שלך שהופכת לאנרגיה.
נתחיל באיסוף הנתונים כך שנוכל להזין אותם למשוואה שלנו. אני שוקלת בערך 190 פאונד. שוב, כאשר אנו משתמשים ביחידות SI במדע, אנו צריכים להמיר את זה מקילוגרמים לגרמים. כך אנו עושים זאת:
ג'וש 1 = £ 190
£ 1 = 453.6 גרם
אז 190 £ × 453.6 גרם / £ 1 = 86,184 גרם
אז ג'וש 1 = 86,184 גרם
מכיוון שהמדידה שלנו ל- E נמצאת בג'אול, ויחידות המדידה של ג'ולה הן קילוגרמים x מטר בריבוע לשניות בריבוע, אני צריך להמיר את המסה שלי בגרמים למסה שלי בקילוגרמים. אנו עושים זאת כך:
86,184 גרם × 1 ק"ג / 1000 גרם = 86.18 ק"ג.
אז ג'וש 1 = 86.18 ק"ג.
עכשיו כשאני ביחידת המידה הנכונה למסה, נוכל לחבר את הערכים למשוואה ולראות בדיוק מה אנו מקבלים:
E = mc2
E = (86.18 ק"ג) (3.00 × 108גברת)2
E = 7.76 × 1018 ג
זה נראה כך: 7,760,000,000,000,000,000 או בערך 7.8 ספטיליון ג'אול אנרגיה.
זו כמות אנרגיה גדולה להפליא. עם זאת, זה עדיין נראה מעורפל מאוד. מה המשמעות של המספר הזה? כמה אנרגיה זה באמת? ובכן, נמשיך בניסוי זה ונמצא משהו שאנחנו יכולים למדוד את זה נגד, שיעזור להכניס את הכמות הזו לאנרגיה בפרספקטיבה עבורנו.
ראשית, בואו נמיר את האנרגיה שלנו למדידה שווה ערך. משהו שאנחנו יכולים להתייחס אליו. איך נשמע TNT? ראשית, עלינו לזהות יחידת מדידה משותפת עבור TNT. הקילוטון. כעת נגלה כמה קילוטונים של TNT נמצאים בג'ול 1. לאחר ביצוע חיפושים מצאתי יחס המרה שיאפשר לנו לעשות זאת בדיוק:
ג'ול 1 = 2.39 × 10-13 קילוטון חומר נפץ. כלומר ג'ולי אנרגיה 1 שווה ל- .000000000000239 קילוטון TNT. זה מספר קטן מאוד. דרך טובה יותר להבין קשר זה היא להפוך את היחס הזה בכדי לראות כמה אנרגיית ג'אול נמצאת בקילוטון של TNT. קילוגרם אחד של TNT = 4.18 × 1012 ג'אול או ליתר דיוק 4,184,000,000,000 ג'ול.
עכשיו שיש לנו את יחס ההמרה שלנו, בואו נעשה את המתמטיקה.
1 ג'וש (E) = 7.76 x 1018 ג
7.76 x 1018 J x 1 kT TNT / 4.18 x 1012 J = 1,856,459 קילוטון של TNT.
לפיכך, בסיכום ניסוי המוח הקטן שלנו אנו מגלים שרק בן אנוש אחד הוא בערך השוויון של אנרגיה בשווי 1.86 מיליון קילוטון של TNT. בואו נניח את זה בפרספקטיבה, רק כדי להאיר את כמות הכוח העצומה שהשוויון הזה באמת הוא.
הפצצה שהחריבה את נגסאקי ביפן במהלך מלחמת העולם השנייה הייתה הרסנית. זה יישר עיר בתוך שניות והביא את המלחמה באוקיאנוס השקט לסיום. הפצצה ההיא הייתה בערך 21 קילוטון חומר נפץ. אז זה אומר שיש לי, בן אדם אחד, אנרגיה נפוצה פי 88,403 פי יותר מפצצה שהרסה עיר שלמה ... וזה נכון לכל בן אנוש.
אז כשאתה שומע מישהו אומר לך שיש לך פוטנציאל אמיתי, פשוט השיב שאין להם שום מושג ...
