Ĉi tiu komparo plonĝas en la fundamentan rilaton inter maso kaj energio, esplorante kiel klasika fiziko rigardis ilin kiel apartajn unuojn dum moderna relativeco rivelis ilin kiel du formojn de la sama fizika substanco, regatajn de la plej fama ekvacio en la historio.
Elstaroj
Maso kaj energio estas du malsamaj manieroj mezuri la saman subestan fizikan econ.
E=mc² provizas la precizan kurzon por konverti materion en puran energion.
Energio povas ekzisti sen ripoza maso (kiel fotonoj), sed maso ne povas ekzisti sen energio.
La leĝo de konservo nun validas por la sumo de maso kaj energio kune.
Kio estas Meso?
Mezuro de la rezisto de objekto al akcelo kaj ĝia gravita tiro.
SI-unuo: Kilogramo (kg)
Tipo: Skalara kvanto
Ŝlosila Eco: Inercio
Detekto: Per gravitaj aŭ inerciaj fortoj
Naturo: Koncentrita formo de energio
Kio estas Energio?
La kvanta eco, kiu devas esti transdonita al objekto por plenumi laboron.
SI-unuo: Ĵulo (J)
Tipo: Konservita kvanto
Formoj: Kineta, potenciala, termika, ktp.
Detekto: Per laboro, varmo aŭ radiado
Naturo: Kapablo kaŭzi ŝanĝon
Kompara Tabelo
Funkcio
Meso
Energio
Difino
La kvanto de materio aŭ rezisto al moviĝo
La kapablo plenumi laboron aŭ provizi varmon
Fizika Stato
Palpebla; okupas spacon
Netuŝebla; posedaĵo de ŝtato
Konservada Juro
Konservita en klasika mekaniko
Konservita en klasika mekaniko
Relativisma Vidpunkto
Varias laŭ rapideco (relativista maso)
Ekvivalenta al maso per E=mc²
Mezurmetodo
Pesilo, ekvilibro, aŭ orbita mekaniko
Kalorimetroj, fotometroj, aŭ kalkuloj
Rolo en Gravito
La ĉefa fonto de spactempa kurbeco
Kontribuas al gravito kiel parto de la streso-energia tensoro
Detala Komparo
La Identeckrizo
En Neŭtona fiziko, maso kaj energio estis traktataj kiel tute apartaj konstrubriketoj de la universo. Maso estis la "materialo" el kiu aferoj estis faritaj, dum energio estis la "fuelo", kiu igis ilin moviĝi; tamen, la Speciala Relativeco de Einstein pruvis, ke maso estas fakte tre densa kaj limigita formo de energio.
La Konstanto de Ekvivalenteco
La transiro inter maso kaj energio estas mediaciita per la kvadrato de la lumrapideco. Ĉar la lumrapideco estas grandega nombro (proksimume 300.000.000 metroj por sekundo), eĉ eta kvanto da maso reprezentas ŝanceligan kvanton da potenciala energio kiam ĝi estas liberigita.
Gravita Efiko
Maso estas tradicie komprenata kiel la fonto de gravito, sed Ĝenerala Relativeco klarigas, ke ĉiu energio posedas gravitan influon. Dum masivaj objektoj kiel planedoj dominas nian lokan graviton, la energidenseco de radiado aŭ premo ankaŭ kontribuas al la misformado de spactempo.
Transformo en Praktiko
Ni atestas la konvertiĝon de maso en energion en nukleaj reakcioj, kie la produktoj pezas iomete malpli ol la reakciantoj, kaj la "mankanta" maso liberiĝas kiel varmo kaj radiado. Male, en alt-energiaj partiklaj akceliloj, pura kineta energio povas esti konvertita en la mason de novaj subatomaj partikloj.
Avantaĝoj kaj Malavantaĝoj
Meso
Avantaĝoj
+Facile mezurebla
+Provizas stabilecon
+Fonto de gravito
+Difinas fizikan grandecon
Malavantaĝoj
−Limigas rapidon
−Bezonas energion por moviĝi
−Pliiĝas ĉe altaj rapidoj
−Povas esti detruita en fisio
Energio
Avantaĝoj
+Pelas ĉian ŝanĝon
+Multoblaj multflankaj formoj
+Povas vojaĝi je lumrapideco
+Efike stokita
Malavantaĝoj
−Malfacile enhavi
−Ĉiam disipiĝas kiel varmo
−Nevidebla al sensoj
−Postulas mason por stokado
Oftaj Misrekonoj
Mito
Maso kaj materio estas precize la sama afero.
Realo
Materio rilatas al atomoj kaj partikloj, dum maso estas eco, kiun ili posedas; energio ankaŭ havas mason, tial varma objekto fakte pezas iomete pli ol malvarma, eĉ se la diferenco estas tro malgranda por mezuri.
Mito
Energio estas senpeza substanco, kiu fluas tra dratoj.
Realo
Energio ne estas substanco sed eco de objekto aŭ sistemo. Ĝi ja havas asociitan mas-ekvivalenton, kvankam ĝi estas nekredeble eta por ĉiutagaj elektraj aŭ termikaj procezoj.
Mito
Maso estas detruita en nuklea eksplodo.
Realo
La maso ne estas tiom detruita kiom rearanĝita; la energio, kiu tenis la nukleon kune, estas liberigita, kaj ĉar tiu liga energio havis mason, la rezultantaj pecoj aspektas pli malpezaj.
Mito
Fotonoj (lumo) havas mason ĉar ili havas energion.
Realo
Fotonoj havas nulan "ripozan mason", kio signifas, ke ili ne povas ekzisti senmove. Tamen, ili ja havas "relativisman mason" kaj movokvanton, ĉar ili portas energion, kio permesas al ili fari premon kaj esti influitaj de gravito.
Oftaj Demandoj
Kio estas la plej simpla maniero kompreni E = mc²?
Ĝi signifas, ke maso estas nur tre koncentrita versio de energio. La 'c-kvadrata' parto estas la konverta faktoro, kiu estas tiel granda, ke eĉ la maso de paperfiksilo enhavas sufiĉe da energio por egali la produktadon de grava elektrocentralo dum tuta tago, se ĝi povus esti plene konvertita.
Kial baterio pezas pli kiam ĝi estas ŝargita?
Kiam vi ŝargas baterion, vi aldonas elektran potencialan energion al ĝi. Laŭ la maso-energia ekvivalenteco, aldoni energion pliigas la totalan mason de la sistemo, kvankam la pliiĝo estas proksimume 0,000000001 gramoj, kio estas multe sub la sentemo de kuireja pesilo.
Ĉu la maso pligrandiĝas dum vi iras pli rapide?
En moderna fiziko, ni kutime diras, ke la "ripoza maso" restas la sama, sed la "relativista maso" aŭ tuta energio pliiĝas. Dum vi alproksimiĝas al la lumrapido, la energio, kiun vi uzas por akceli la objekton, transformiĝas en mason anstataŭ rapidon, tial vi neniam povas efektive atingi la lumrapidon.
De kie venas la energio en atombombo?
Ĝi devenas de la "amasa difekto". La protonoj kaj neŭtronoj en peza nukleo kiel uranio estas pakitaj kune tiel, ke ĝi postulas pli da energio ol la pecoj bezonus se ili estus apartigitaj en pli malgrandajn atomojn; kiam la atomo fendiĝas, tiu troa "liga energio" liberiĝas kiel masiva eksplodo.
Se energio havas mason, ĉu lumo havas graviton?
Jes, ĉar energio kontribuas al la streĉo-energia tensoro, kiu kurbigas spactempon. Dum ununura lumradio havas nekonsiderindan efikon, la grandega kvanto da energio/radiado en la frua universo ludis gravan rolon en kiel la universo disetendiĝis kaj kiel gravito formis ĝian strukturon.
Ĉu ni povas transformi energion reen en mason?
Jes, tio okazas rutine en partiklaj akceliloj. Per kunpremado de partikloj je preskaŭ lumrapidoj, la kineta energio de la kolizio konvertiĝas en la mason de tute novaj partikloj, kiel la Higgs-bosono aŭ supraj kvarkoj, kiuj ne ekzistis antaŭ la kolizio.
Kio estas la diferenco inter inercia maso kaj gravita maso?
Inercia maso estas kiom multe objekto rezistas movadon, dum gravita maso estas kiom multe ĝi tiras aliajn objektojn. La principo de ekvivalenteco de Einstein asertas, ke ili estas ekzakte samaj, tial ĉiuj objektoj falas samrapide en vakuo sendepende de sia konsisto.
Kiom da energio estas en unu kilogramo da maso?
Uzante E=mc², unu kilogramo da maso egalas al 89.875.517.873.681.764 Ĵuloj. Tio estas proksimume egala al la energio liberigita per bruligado de 21 milionoj da tunoj da TNT aŭ la tuta jara elektrokonsumo de malgranda lando.
Juĝo
Identigu objekton laŭ ĝia maso kiam vi bezonas kalkuli ĝian pezon aŭ kiom malfacile ĝi estas puŝebla. Analizu ĝian energion kiam vi zorgas pri ĝia movado, temperaturo aŭ la potencialo, kiun ĝi havas por instigi procezon.