Зависимость массы от скорости в сто. Закон взаимосвязи массы и энергии

Существует два способа измерения массы тела:

1) взвешиванием (гравитационная масса);

2) по измерению силы, необходимой для сообщения этому телу определенного ускорения (инертная масса).

Результаты, полученные при определении массы первым методом, сильно зависят от того, где мы производим взвешивание: на Земле или на Луне, так же зависит от широты местности...

Второй метод определения массы не зависит от перечисленных факторов. Но связан с измерением расстояний и промежутков времени, которые, как мы знаем, меняются с изменением относительной скорости тела и наблюдателя. Как следствие этого меняются результаты измерений инертной массы.

Для наблюдателя, покоящегося относительно предмета, инертная масса этого предмета остается неизменной. Такая масса называется собственной или массой покоя.

Для наблюдателя, движущегося относительно этого предмета, инертная масса предмета увеличивается. В этом ситуации массу предмета называют релятивистской.

Например, если относительная скорость двух космических кораблей равна 260000 км/с, наблюдатели на каждом корабле будут считать, что другой корабль в два раза короче, часы на нем идут в два раза медленнее, продолжительность часа в два раза больше, и масса тел стала больше в два раза.

Если бы корабли смогли достичь относительной скорости, равной скорости света, наблюдатели на каждом корабле считали бы, что другой корабль сократил свою длину до нуля, приобрел бесконечно большую массу, время на другом корабле полностью остановилось.

Важным следствием теории относительности является то, что при определенных условиях энергия переходит в массу, а при некоторых других условиях масса переходит в энергию.

Характерным примером превращения массы в энергию является взрыв водородной бомбы: это мгновенное превращение части массы содержимого бомбы в энергию излучения.

Энергия, излучаемая Солнцем, имеет такое же происхождение: в недрах Солнца под большим давлением и при высокой температуре атомы водорода сливаются, образуются атомы гелия. В таких реакциях некоторая часть массы покоя превращается в энергию.

Когда какая-либо частица сталкивается со своей античастицей (частицей, имеющей такую же структуру, но противоположный электрический заряд), происходит их аннигиляция: вся масса обеих частиц превращается в энергию излучения.

Формулу называют законом взаимосвязи массы и энергии.

 

 

Гипотеза Планка. Фотон и его свойства. Корпускулярно-волновой дуализм

Гипо́теза Пла́нка — гипотеза, выдвинутая 14 декабря 1900 года Максом Планком и заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию , пропорциональной частоте ν излучения:

где h или — коэффициент пропорциональности, названный впоследствии постоянной Планка. На основе этой гипотезы он предложил теоретический вывод соотношения между температурой тела и испускаемым этим телом излучением — формулу Планка.

Позднее гипотеза Планка была подтверждена экспериментально.

Выдвижение этой гипотезы считается моментом рождения квантовой механики.

Фотон - материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).

Основные свойства фотона

1. Является частицей электромагнитного поля.

2. Движется со скоростью света.

3. Существует только в движении.

4. Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Энергия фотона:

Согласно теории относительности энергия всегда может быть вычислена как ,

Отсюда - масса фотона .

Импульс фотона . Импульс фотона направлен по световому пучку.

Корпускулярно-волновой дуализм

Конец XIX в.: фотоэффект и эффект Комптона подтвердили теорию Ньютона, а явления дифракции, интерференции света подтвердили теорию Гюйгенса.

Таким образом, многие физики в начале XX в. пришли к выводу, что свет обладает двумя свойствами:

1. При распространении он проявляет волновые свойства.

2. При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства. Его свойства не сводятся ни к волнам, ни к частицам.

Чем больше v, тем ярче выражены квантовые свойства света и менее - волновые.

Итак, всякому излучению присущи одновременно волновые и квантовые свойства. Поэтому то, как проявляет себя фотон - как волна или как частица,— зависит от характера проводимого над ним исследования.