Личные инструменты

2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Закон взаємозв’язку маси та енергії

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 11 клас>> Фізика: Закон взаємозв’язку маси та енергії


ЗАКОН ВЗАЄМОЗВ’ЯЗКУ МАСИ ТА ЕНЕРГІЇ


ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК МАСИ ТА ЕНЕРГІЇ

За законами Ньютона, якщо на тіло діє сила, то воно рухається з прискоренням. Якщо напрямок дії сили збігається з напрямком руху, то швидкість тіла має необмежено зростати. Проте це твердження суперечить принципу СТВ, згідно з яким існує гранична швидкість передачі взаємодії— швидкість світла.

Як з'ясував А. Ейнштейн, щоб закони Ньютона були інваріантними в усіх інерціальних системах відліку і відповідали положенням СТВ, слід переглянути деякі класичні уявлення про рух і взаємодію тіл. Зокрема, за допомогою математичних перетворень формули другого закону Ньютона він встановив, що маса тіла залежить від швидкості його руху:

3-73.jpg

де m — маса тіла, що рухається зі швидкістю v; mo — маса тіла, яке перебуває в стані спокою; с — швидкість світла.

Згідно з другим принципом СТВ, не існує систем відліку, в яких би швидкість руху тіла перевищувала швидкість поширення світла у вакуумі

Масу т називають релятивістською масою, що залежить від швидкості; т0 — масою спокою. Обидві величини характеризують інертні властивості тіла у різних станах: під час руху тіла або у спокої

Цей висновок усував існуюче протиріччя між класичною механікою і теорією відносності, оскільки за цих умов рівняння руху ставали інваріантними для всіх інерціальних систем відліку:

3-74.jpg

Рівняння руху релятивістської і класичної механіки мають однакову форму незалежно від швидкості руху тіла

Якщо швидкість тіла незначна (v << с), то залежністю маси тіла від швидкості можна знехтувати, адже підкореневий вираз у знаменнику формули (5.5) наближається до l, а m = m0. Отже, рівняння руху (5.5) у релятивістській і класичній фізиці має однаковий вигляд. В узагальненій формі його можна записати як 3-75.jpg, де р — імпульс тіла.

3-76.jpg

Висновок про залежність маси тіла від швидкості має важливі наслідки для сучасної фізики. Насамперед це стосується взаємозв'язку маси й енергії.

Оскільки зміна швидкості тіла впливає як на його масу, так і на енергію, природно припустити, що між цими двома величинами — масою та енергією — може існувати зв'язок. За допомогою математичних перетворень, що випливають із закону збереження енергії, А. Ейнштейн встановив спів-відношення між масою і повною енергією тіла:

3-77.jpg
Коли тіло перебуває у стані спокою, його енергія дорівнює Е0 = m0с2, її називають енергією спокою

Повна енергія тіла дорівнює: Е0 = mос2 + Ек

Ця знаменита формула взаємозв'язку маси та енергії є універсальною стосовно будь-яких видів енергії. Вона передбачає, що кожне тіло має енергію, потенціальний запас якої визначається енергією спокою тіла m0c2 та його кінетичною енергією, тобто її фізичний зміст полягає в тому, що енергія здатна перетворюватися на інші види.

Як ми переконаємося далі, формула взаємозв'язку маси та енергії відіграє особливу роль в атомній і ядерній фізиці, де перетвоення речовин унаслідок ядерних реакцій супроводжується значним вивільненням енергії. Вона має незаперечне значення і в розрахунках релятивістських ефектів елементарних частинок, зокрема під час взаємних їх перетворень.

ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗУВАННЯ 23

1. З якою швидкістю має рухатися система відліку відносно іншої, щоб довжина метрової лінійки в ній скоротилася на 20 см?
2. Елементарна частинка за час свого життя 2,5 • 10-8 с від «народження» до розпаду пролітає 500 м. У скільки разів її швидкість відрізняється від швидкості світла?
3. Електрон набув у прискорювачі елементарних частинок швидкість 0,995 с. Чому дорівнюватиме його маса?
4. Яку додаткову кінетичну енергію треба надати електрону, щоб його маса змінилася вдвічі?
5. На скільки збільшиться маса води, якщо 100 кг її нагріти на 100 К при сталому об'ємі?

ЗАПИТАННЯ

1. Чому тривалий час залежність маси тіла від його швидкості експериментально не була доведена?
2. Як залежить маса тіла, що рухається, від його маси спокою?
3. У чому виявляється універсальність формули взаємозв'язку маси та енергії?



ГОЛОВНЕ В РОЗДІЛІ 5

• Сучасна фізика грунтується переважно на двох теоретичних узагальненнях: квантовій гіпотезі М. Планка, висунутій ним у 1900 році, і постулатах теорії відносності, сформульованих у 1905 році А. Ейнштейном. Спеціальна теорія відносності переглянула насамперед спрощені класичні уявлення про простір і час як незалежні абсолютні субстанції. Вона дала більш глибоке, узагальнене їх тлумачення, об'єднавши в єдиний континуум — простір—час. Завдяки цьому в СТВ інакше характеризується одночасність події: дві події, що відбуваються в різних точках простору і є одночасними в одній системі відліку, не будуть одночасними в інших.

В основу спеціальної теорії відносності покладено два принципи:

1) в усіх інерціальних системах відліку, незалежно від стану їх руху, фізичні явища відбуваються за однаковими законами;

2)  швидкість поширення світла є сталою для всіх інерціальних систем відліку і не залежить від їх руху; вона є граничною у передачі будь-якої взаємодії чи поширенні імпульсу.

А. Ейнштейн встановив, що при переході від однієї системи відліку до іншої перетворення координат співпадають з формулами перетворень Лоренца. Тому довжина /' в рухомій системі відліку менша від довжини І в системі, відносно якої та рухається:

3-78-1.jpg

тривалість події Δt' у рухомій системі завжди більша за и тривалість Δt у нерухомій системі:

3-79.jpg

У випадку релятивістських швидкостей маса тіла залежить від швидкості його руху:

3-80.jpg
де m0 — маса спокою, v — швидкість тіла, с — швидкість світла.

За допомогою математичних перетворень, що випливають із закону збереження енергії, А. Ейнштейн встановив універсальний для будь-яких видів енергії взаємозв'язок між масою та енергією тіла:

3-81.jpg

• Таким чином, завдяки більш глибокому тлумаченню властивостей простору і часу сучасна фізика отримала досконаліший інструмент пізнання природи, в якому класична теорія є окремою системою по¬глядів і теоретичних узагальнень для закономірностей макросвіту і незначних швидкостей руху тіл.


Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 11 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів 


Онлайн бібліотека з підручниками і книгами з фізики, плани-конспекти уроків по всім предметам, завдання з фізики для 11 класу


Зміст уроку
1236084776 kr.jpg конспект уроку і опорний каркас                      
1236084776 kr.jpg презентація уроку 
1236084776 kr.jpg акселеративні методи та інтерактивні технології
1236084776 kr.jpg закриті вправи (тільки для використання вчителями)
1236084776 kr.jpg оцінювання 

Практика
1236084776 kr.jpg задачі та вправи,самоперевірка 
1236084776 kr.jpg практикуми, лабораторні, кейси
1236084776 kr.jpg рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
1236084776 kr.jpg домашнє завдання 

Ілюстрації
1236084776 kr.jpg ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
1236084776 kr.jpg реферати
1236084776 kr.jpg фішки для допитливих
1236084776 kr.jpg шпаргалки
1236084776 kr.jpg гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
1236084776 kr.jpg зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
1236084776 kr.jpg підручники основні і допоміжні 
1236084776 kr.jpg тематичні свята, девізи 
1236084776 kr.jpg статті 
1236084776 kr.jpg національні особливості
1236084776 kr.jpg словник термінів                          
1236084776 kr.jpg інше 

Тільки для вчителів
1236084776 kr.jpg ідеальні уроки 
1236084776 kr.jpg календарний план на рік 
1236084776 kr.jpg методичні рекомендації 
1236084776 kr.jpg програми
1236084776 kr.jpg обговорення


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.