Masa y energía: descripción y relación intercambiable

Relatividad de masa y energía

La teoría de la relatividad permite a los observadores ponerse de acuerdo sobre lo que ven desde diferentes perspectivas. Por ejemplo, un objeto parece más grande de cerca que desde la distancia, pero estamos de acuerdo en el tamaño del objeto. Además, dos puntos pueden aparecer muy juntos o más separados según el ángulo de perspectiva del observador. Sin embargo, podemos estar de acuerdo en que están separados por el mismo espacio, independientemente de nuestra perspectiva. Además, un objeto puede parecer estacionario o en movimiento dependiendo del estado de movimiento del observador. Aceptamos que las velocidades son relativas a las velocidades de otros objetos.

Albert Einstein y la relatividad

Aunque Albert Einstein no fue el primero en sugerir la relatividad, ciertamente amplió su aplicación. Antes de Einstein, los científicos lucharon con cómo la velocidad de la luz podría ser constante independientemente de la fuente de luz o la perspectiva del observador. Para resolver este problema, Albert Einstein propuso que los componentes de la velocidad, el espacio y el tiempo, fueran relativos al estado de movimiento del observador. Resulta que tenía razón.

A medida que los objetos aumentan de velocidad, tanto el tiempo como la longitud disminuyen. La relatividad del espacio y el tiempo permite que diferentes observadores se pongan de acuerdo sobre la misma velocidad de la luz. Einstein llevó la relatividad aún más lejos. Sugirió que reevaluamos también cómo vemos otras propiedades, por ejemplo, masa y energía. Este cuestionamiento condujo a quizás la ecuación científica más popular de todos los tiempos, E = mc ^ 2 , donde E = energía, m = masa yc = la velocidad de la luz.

La energía y la masa son relativas

La ecuación E = mc ^ 2 establece que la cantidad de energía que posee un objeto es igual a su masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. Dado que la velocidad de la luz es un número increíblemente alto, casi 300.000 km / seg, una pequeña cantidad de masa contiene mucha energía. Además, la ecuación sugiere que la energía y la masa son intercambiables entre sí. En otras palabras, la energía se puede convertir en masa y la masa en energía.

Evidencia de la relatividad de la masa y la energía

Los científicos han demostrado que la masa y la energía son propiedades intercambiables. La masa se puede convertir en energía y la energía se puede convertir en masa. Este fenómeno se puede demostrar con aceleradores de partículas. Los aceleradores de partículas se utilizan para, bueno, acelerar partículas. Por ejemplo, los científicos pueden usar aceleradores de partículas para hacer que los protones se acerquen a la velocidad de la luz. Se debe aplicar energía para acelerar el protón, al igual que un automóvil necesita gasolina para moverse y nosotros necesitamos comida para funcionar. A medida que se agrega la energía, el protón se acelera , se mueve más rápido. Sin embargo, no toda la energía aplicada se utiliza para hacer que el protón se acelere.

Parte de la energía se convierte en masa y el protón se agranda. A medida que el protón se acerca a la velocidad de la luz, casi toda la energía agregada se convierte en masa y el protón nunca alcanza la velocidad de la luz. Según la ecuación de Einstein E = mc ^ 2 , la cantidad de energía agregada es relativa a la masa ganada por el protón multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado. En otras palabras, mucha energía se convierte en una cantidad relativamente pequeña de masa. Además, estas observaciones demuestran que una partícula con masa nunca puede alcanzar la velocidad de la luz. Se vuelve más pesado en lugar de más rápido. Si un objeto con masa pudiera alcanzar la velocidad de la luz, su masa sería infinita.

Masa a Energía

Si invertimos la ecuación de Einstein, obtenemos m = E / c ^ 2 . Mirándolo de esta manera, podemos ver que una pequeña masa puede convertirse en una enorme cantidad de energía. Esto ha sido dolorosamente obvio con el uso de armas atómicas. De manera similar, las plantas de energía nuclear se utilizan para convertir la pequeña masa de un átomo en mucha energía. Cuando las moléculas más grandes se descomponen en partes más pequeñas, se libera energía. La suma de la masa de las partes más pequeñas es ligeramente menor que la masa de la partícula más grande. ¿A dónde va esa pequeña masa? Se convierte en una cantidad de energía relativamente grande.

Resumen de la lección

En resumen, la teoría de la relatividad permite a los observadores ponerse de acuerdo sobre lo que ven desde diferentes perspectivas. Einstein expandió la teoría de la relatividad primero para incluir el espacio y el tiempo, y luego la masa y la energía. La ciencia ha demostrado que la masa se puede convertir en energía y la energía en masa. La ecuación E = mc ^ 2 , donde E = energía, m = masa yc = la velocidad de la luz, se usa para expresar la naturaleza relativa de la masa y la energía. Como la velocidad de la luz es un número elevado, una pequeña cantidad de masa se puede convertir en una gran cantidad de energía.

Los resultados del aprendizaje

Completar esta lección debería permitirle:

• Describe la teoría de la relatividad de Einstein.
• Resume el significado de la ecuación E = mc ^ 2
• Explique cómo los aceleradores de partículas y las plantas de energía nuclear demuestran que E = mc ^ 2

Continúa con:

1. Álgebra

   Cálculo del costo total: relación con unidades y tarifa

   La relación entre costo, tasa y número de unidades Imagina que quieres comprar 5 libros...

2. Química

   Estructura del octano: fórmula y masa molar

   ¿Qué es el octano? Mucha gente ha escuchado el término «octano», tal vez en el...

3. Física

   Cálculo de la velocidad del centro de masa

   Centro de velocidad de masa La velocidad es el cambio de posición de un objeto...

4. Átomo

   Número atómico y número de masa

   Partículas subatómicas La tabla periódica de elementos ¿Sabías que estás compuesto principalmente por espacios vacíos?...