Comprender E=mc2: 7 pasos (con fotos)

Contenido

Pasos
- Parte 1 de 2: entender la ecuación
- Parte 2 de 2: Aplicar la ecuación en el mundo real

Uno de los artículos científicos revolucionarios de Albert Einstein publicado en 1905 introdujo la fórmula E=mc, donde E es la energía, m es la masa y c es la velocidad de la luz en el vacío. Desde entonces, E=mc se ha convertido en una de las ecuaciones más famosas del mundo. Incluso las personas sin experiencia en física al menos han oído hablar de la ecuación y son conscientes de su influencia en el mundo en que vivimos. Sin embargo, la mayoría de la gente no sabe exactamente qué significa la ecuación. En términos simples, la ecuación representa la relación entre energía y masa: esencialmente, la energía y la materia son solo dos formas diferentes de lo mismo. Esta ecuación relativamente simple ha cambiado la forma en que pensamos sobre la energía y nos ha proporcionado numerosos avances tecnológicos.

Pasos

Parte 1 de 2: entender la ecuación

1. El significado de las variables de la ecuación. El primer paso para entender una ecuación es saber qué significa cada variable. En este caso, E representa la energía de un objeto en reposo, m representa la masa del objeto y c representa la velocidad de la luz en el vacío.

La velocidad de la luz (c), es constante en todos los marcos de referencia y aproximadamente igual a 3,00x10 metros por segundo. En el contexto de la teoría de la relatividad de Einstein, la c actúa más como una conversión de unidades que como una constante. Como tal, se eleva al cuadrado como resultado del análisis dimensional: la energía se mide en julios, o kg m s, por lo que agregar c garantizará que la relación entre la energía y la masa sea dimensionalmente consistente.

2. Comprender qué se entiende por energía. Hay muchas formas diferentes de energía, incluidas la energía térmica, eléctrica, química y nuclear. La energía se transfiere entre sistemas, y un sistema obtiene energía que se toma de otros sistemas.

La energía no se crea ni se destruye, solo puede tomar una forma diferente. Por ejemplo, el carbón tiene mucha energía potencial que se convierte en energía térmica cuando se quema.

3. Definir lo que significa masa. La masa se define generalmente como la cantidad de materia en un objeto.

También hay algunas otras definiciones de masa. Existe tal cosa como `masa invariante` y `masa relativista`. La masa invariable es la masa que permanece sin cambios independientemente del marco de referencia. La masa relativista, por otro lado, depende de la velocidad del objeto. En la ecuación E=mc, m se refiere a la masa invariante. Esto es muy importante, porque significa que tu masa no aumenta cuando te mueves más rápido, contrariamente a la creencia popular.

Es importante entender que la masa y el peso son diferentes. El peso es la fuerza gravitatoria que experimenta un objeto, mientras que la masa es la cantidad de materia en ese objeto. La masa solo puede cambiar si el objeto cambia físicamente, mientras que el peso depende de la gravedad del entorno del objeto. La masa se mide en kilogramos (kg) mientras que el peso se mide en Newtons (N).

Al igual que la energía, la masa no puede crearse ni destruirse, pero puede cambiar de forma. Por ejemplo, un cubo de hielo puede derretirse y convertirse en líquido, pero tiene la misma masa en ambos estados.

4. ¿Te das cuenta de que la masa y la energía son iguales?. La ecuación establece que la masa y la energía son lo mismo e indica cuánta energía está presente dentro de una cantidad dada de masa. Esencialmente, la ecuación indica que una pequeña cantidad de masa contiene una gran cantidad de energía.

Parte 2 de 2: Aplicar la ecuación en el mundo real

1. Comprender de dónde proviene la energía útil. La mayor parte de nuestra energía consumible proviene de la quema de carbón y gas natural. Quemar estas sustancias utiliza los electrones de valencia presentes (electrones no apareados en la capa más externa de un átomo) y los enlaces que hacen con otros elementos. Cuando se agrega calor, estos enlaces se rompen, liberando energía que se utiliza para alimentar a nuestra sociedad.

Obtener energía de esta forma no es muy eficiente y se hace a expensas del medio ambiente.

2. Aplique la ecuación de Einstein para hacer que la conversión de energía sea más eficiente. E=mc nos dice que hay mucha más energía almacenada en el núcleo de un átomo que en sus electrones de valencia. La energía liberada al dividir un átomo es mucho mayor que la que se libera al romper los enlaces electrónicos.

La energía nuclear se basa en este principio. Los reactores nucleares permiten que se produzca la fisión nuclear (la división de los átomos) y almacenan la enorme cantidad de energía liberada.

3. Descubra las tecnologías posibles gracias a E=mc. E=mc ha permitido el desarrollo de muchas tecnologías nuevas y emocionantes, algunas de las cuales se han convertido en una parte integral de nuestras vidas:

Las tomografías por emisión de positrones usan radiactividad para observar el interior del cuerpo.

La ecuación permitió el desarrollo de las telecomunicaciones con satélites y rovers.

La datación C14 utiliza la descomposición radiactiva basada en esta ecuación para determinar la edad de objetos muy antiguos.

La energía nuclear ofrece a nuestra sociedad fuentes de energía más limpias y eficientes.