Важным результатом теории относительности является универсальное соотношение между массой тела m и его полной энергией W: W = mc2 = . (5.14) Уравнение (5.14) выражает фундаментальный закон природы - закон взаимосвязи (пропорциональности) массы и энергии: полная энергия системы равна произведению ее массы на квадрат скорости света в вакууме. Отметим, что в полную энергию Е не входит потенциальная энергия тела во внешнем силовом поле. Разложим (5.14) в ряд при υ/c << 1 и, пренебрегая членами второго порядка малости, получаем W = m0c2 + + ··· Величина W0 = m0c2 называется энергией покоя. Классическая механика энергию покоя W0 не учитывает, считая, что при υ = 0 энергия покоящегося тела равна нулю. В силу однородности времени в релятивистской механике, как и в классической, выполняется закон сохранения энергии: полная энергия замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени. Релятивистское выражение для кинетической энергии имеет вид Wк = W – W0 = mc2 – m0c2 = m0c2( - 1), которое верно для любых скоростей, а при υ << c переходит в классическое Wк = = . Из формул (5.12) и (5.14) найдем релятивистское соотношение между полной энергией и импульсом частицы: Wк2 = m2c4 = m02c4 + p2c2, W = = c . (5.15) Возвращаясь к уравнению (5.14), отметим еще раз, что оно имеет универсальный характер. Оно применимо ко всем формам энергии, т. е. можно утверждать, что с энергией, какой бы формы она ни была, связана масса т = W/с2 (5.16) и, наоборот, со всякой массой связана определенная энергия (5.14). Закон взаимосвязи (пропорциональности) массы и энергии блестяще подтвержден экспериментом о выделении энергии при протекании ядерных реакций. Он широко используется для расчета энергетических эффектов при ядерных реакциях и превращениях элементарных частиц. Рассматривая выводы специальной теории относительности, видим, что она, как, впрочем, и любые крупные открытия, потребовала пересмотра многих установившихся и ставших привычными представлений. Масса тела не остается постоянной величиной, а зависит от скорости тела; длина тел и длительность событий не являются абсолютными величинами, а носят относительный характер; наконец, масса и энергия оказались связанными друг с другом, хотя они и являются качественно различными свойствами материи.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Закон взаимосвязи массы и энергии» з дисципліни «Курс лекцій з загальної фізики, орієнтований на будівельні спеціальності»
