质量为什么等于能量( 二 )


质量和能量的关系是?他们是同一个东东吗?当然不是一样的!
能量=质量x光速的平方
最著名的 爱因斯坦质能方程
要想导出这个你首先要认可狭义相对论的两个假设:1、任一光源所发之球状光在一切惯性参照系中的速度都各向同性总为c 2、所有惯性参考系内的物理定律都是相同的 。
如果你的行走速度是v,你在一量以速度u行驶的公车上,那么你当你与车同相走时,你对地的速度为u+v,反向时为u-v,你在车上过了1分钟,别人在地上也过了1分钟——这就是我们脑袋里的常识 。也是物理学中著名的伽利略变幻,整个经典力学的支柱 。该理论认为空间是独立的,与在其中运动的各种物体无关,而时间是均匀流逝的,线性的,在任何观察者来看都是相同的 。
而以上这个变幻恰恰与狭义相对论的假设相矛盾 。
事实上,在爱因斯坦提出狭义相对论之前,人们就观察到许多与常识不符的现象 。物理学家洛伦兹为了修正将要倾倒的经典物理学大厦,提出了洛伦兹变换,但他并不能解释这种现象为何发生,只是根据当时的观察事实写出的经验公式——洛伦兹变换——而它却可以通过相对论的纯理论推倒出来 。
这个不能帖图,不然我把公式给你帖出来,你可以自己到网上去查一下洛伦兹变换的公式 。
然后根据这个公式又可以推倒出质速关系,也就是时间会随速度增加而变慢,质量变大,长度减小 。公式写起来也很麻烦,我只写一个质量的,其他你可以到网上查到——m=m0/sqr(1-v^2/c^2) 。
其中sqr是开根号的意思,m是该物体的实际质量,而m0为静止质量,m-m0就是物体的通过运动所多出来的质量 。
一个物体的实际质量为其静止质量与其通过运动多出来的质量之和 。
当外力作用在静止质量为m0的自由质点上时,质点每经历位移ds,其动能的增量是dEk=F·ds,如果外力与位移同方向,则上式成为dEk=Fds,设外力作用于质点的时间为dt,则质点在外力冲量Fdt作用下,其动量增量是dp=Fdt,考虑到v=ds/dt,有上两式相除,即得质点的速度表达式为v=dEk/dp,亦即 dEk=vd(mv)=V^2dm+mvdv,把爱因斯坦的质量随物体速度改变的那个公式平方,得m^2(c^2-v^2)=m02c^2,对它微分求出:mvdv=(c^2-v^2)dm,代入上式得dEk=c^2dm 。上式说明,当质点的速度v增大时,其质量m和动能Ek都在增加,质量的增量dm和动能的增量dEk之间始终保持dEk=c^2dm所示的量值上的正比关系 。当v=0时,质量m=m0,动能Ek=0,据此,将上式积分,即得∫Ek0dEk=∫m0m c^2dm(从m0积到m)Ek=mc^2-m0c^2
上式是相对论中的动能表达式 。爱因斯坦在这里引入了经典力学中从未有过的独特见解,他把m0c^2叫做物体的静止能量,把mc^2叫做运动时的能量,我们分别用E0和E表示:E=mc^2 , E0=m0c^2
质量与能量有正相关的关系吗能量有许多状态 。任何运动的物体都因其自身的运动而具有物理学家所谓的“动能” 。动能的大小和物体的运动速度及质量有关 。(“质量”非常类似于“重量”,但并不完全相同)放在架子上的物体具有“引力势能” 。因为如果架子被移掉,它就(由于引力)具有获得动能的可能 。
热也是一种形式的能,其最终可以归结于组成物质的原子和分子的动能,此外还有许多其他形式的能 。
把上述现象都和能量联系起来的原因,即它们之间的联系,是能量守恒定律 。这个定律是说,如果我们把宇宙中全部的能量都加起来(我们可以用象焦耳或千瓦时这样的单位定量地描述能量),其总量永不改变 。此即,能量从不会产生或消灭,尽管它们可以从一种形态转化为另一种形态 。例如,汽车是一种可以将(在引擎的汽缸中的)热能转化为(汽车运动的)动能的设备;灯泡(可以)将电能转化为光能(这又是两种能的形式) 。
爱因斯坦在他的相对论中发现了能量的另一种形式,有时被称作“静能量” 。我已经指出一个运动物体由于其运动而具有了能量 。但爱因斯坦发现,同样一个物体在其静止不动的时候同样具有能量 。物体内静能量的数量依赖于其质量,并以公式E=mc2给出 。
由于光速是如此之大的一个数,一个典型物体的静能量与其所具有的其他类型的能量根本不可相提并论 。但这并不重要,因为日常生活中物体的静能量就是保持“安静”的状态,并且不会被转化成我们可以注意到的其他形式的能,如热能或动能 。在核电站、原子武器和太阳中有相对很少一部分静质量被转化为其他形式的能,但对于大多数情况而言,静能量通常不会被注意到 。