يفشل الكثير من الناس في إدراك مقدار الطاقة المحتجزة في المادة. ومع ذلك ، هناك شيء أكثر جوهرية في هذا الجانب من المادة الذي هرب من العلماء لسنوات.
لم يكن حتى تألق ألبرت أينشتاين قادرين على إدراك هذا الارتباط بين الكتلة والطاقة بشكل كامل. أدخل E = mc2. تمثل هذه الصيغة الجبرية التي تبدو بسيطة ارتباط الطاقة بالمادة (معادلة الطاقة لأي كمية معينة من الكتلة). سمع الكثير عن ذلك ، ولكن ليس الكثير يفهمون ما يعنيه. كثير من الناس لا يدركون مقدار الطاقة الموجودة داخل المادة. لذا ، في الدقائق القليلة القادمة ، سأحاول أن أنقل لكم حجم معادلة الطاقة المحتملة الخاصة بك.
أولاً ، يجب أن نكسر هذه المعادلة. ماذا تعني كل من الحروف؟ ما هي قيمهم؟ لنحللها من اليسار إلى اليمين:
هـ يمثل الطاقة التي نقيسها في الجول. الجول هو قياس SI للطاقة ويقاس بالكيلوجرام x متر مربع في الثانية المربعة [kg x m2/س2]. كل هذا يعني بشكل أساسي أن جول الطاقة يساوي القوة المستخدمة لتحريك جسم معين 1 متر في نفس اتجاه القوة.
م يمثل كتلة الكائن المحدد. بالنسبة لهذه المعادلة ، نقيس الكتلة بالكيلوغرام (أو 1000 جرام).
ج يمثل سرعة الضوء. في الفراغ ، يتحرك الضوء بسرعة 186.282 ميل في الثانية. ولكن في العلوم ، نستخدم SI (النظام الدولي للوحدات) ، وبالتالي نستخدم قياسات الأمتار والكيلومترات بدلاً من القدم والأميال. لذلك عندما نقوم بحساباتنا للضوء ، نستخدم 3.00 × 108م / ث ، أو بالأحرى 300،000،000 متر في الثانية.
لذا ما تقوله المعادلة هو أنه بالنسبة لكمية محددة من الكتلة (بالكيلوغرام) ، إذا قمت بضربها في سرعة مربع الضوء (3.00 × 108)2، تحصل على معادل طاقتها (جول). فماذا يعني هذا؟ كيف يمكنني الارتباط بهذا ، وكم من الطاقة في المادة؟ حسنا ، هنا يأتي الجزء الممتع. نحن على وشك إجراء تجربة.
هذا ليس جهازًا نحتاج إليه معدات فاخرة ، ولا هو واحد نحتاج إليه مختبرًا كبيرًا. كل ما نحتاجه هو الرياضيات البسيطة وخيالنا. الآن قبل أن أستمر ، أود أن أشير إلى أنني أستخدم هذه المعادلة في شكلها الأساسي. هناك مشتقات أكثر تعقيدًا لهذه المعادلة تستخدم للعديد من التطبيقات المختلفة. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه عندما تندمج ذرتان (مثل اندماج الهيدروجين في الهيليوم في قلب نجمنا) ، يتم تحويل حوالي 0.7٪ فقط من الكتلة إلى إجمالي الطاقة. لأغراضنا ، لا داعي للقلق بشأن هذا ، لأنني ببساطة أوضح كميات الطاقة المذهلة التي تشكل معادلتك للكتلة ، وليس توضيح اندماج كل كتلتك في الطاقة.
لنبدأ بجمع البيانات حتى نتمكن من إدخالها في معادلتنا. وزني 190 رطلاً تقريبًا. مرة أخرى ، نظرًا لأننا نستخدم وحدات SI في العلوم ، نحتاج إلى تحويل هذا من جنيه إلى جرام. إليك كيفية القيام بذلك:
1 جوش = 190 رطلا
1 رطل = 453.6 جم
190 رطل × 453.6 جم / 1 رطل = 86184 جم
إذًا 1 جوش = 86184 جم
بما أن قياسنا لـ E في الجول ، ووحدات القياس في الجول هي كيلوغرامات × متر مربع في ثانية مربعة ، فأنا بحاجة إلى تحويل كتلتي بالجرام إلى كتلي بالكيلوغرام. نفعل ذلك بهذه الطريقة:
86184 جرام × 1 كجم / 1000 جرام = 86.18 كجم.
1 جوش = 86.18 كغم.
الآن بعد أن أصبحت في وحدة قياس الكتلة المناسبة ، يمكننا إدخال القيم في المعادلة ومعرفة ما نحصل عليه:
E = مولودية2
E = (86.18 كجم) (3.00 × 108تصلب متعدد)2
E = 7.76 × 1018 ي
هذا يبدو كالتالي: 7،760،000،000،000،000،000 أو ما يقارب 7.8 سيبليون جول من الطاقة.
هذه كمية هائلة من الطاقة. ومع ذلك ، لا يزال يبدو غامضا للغاية. ماذا يعني هذا الرقم؟ ما مقدار هذه الطاقة حقا؟ حسنًا ، دعنا نواصل هذه التجربة ونجد شيئًا يمكننا قياسه مقابل ذلك ، للمساعدة في وضع هذه الكمية من الطاقة في المنظور بالنسبة لنا.
أولاً ، دعنا نحول طاقتنا إلى قياس مكافئ. شيء يمكننا أن نتعلق به. كيف يبدو TNT؟ أولاً ، يجب علينا تحديد وحدة قياس مشتركة لـ TNT. الكيلوتون. نكتشف الآن كم كيلو طن من مادة تي إن تي في جول واحد. بعد إجراء القليل من البحث ، وجدت نسبة تحويل تتيح لنا القيام بذلك:
1 جول = 2.39 × 10-13 كيلوطن من المتفجرات. وهذا يعني أن 1 جول من الطاقة يساوي .000000000000239 كيلوطن من مادة TNT. هذا رقم صغير جدا. أفضل طريقة لفهم هذه العلاقة هي قلب هذه النسبة لمعرفة عدد جول الطاقة في 1 كيلوطن من TNT. 1 طن من TNT = 4.18 × 1012 الجول أو بالأحرى 4،184،000،000،000 جول.
الآن بعد أن حصلنا على نسبة التحويل ، دعنا نجري العمليات الحسابية.
1 جوش (E) = 7.76 × 1018 ي
7.76 × 1018 J × 1 كيلوطن TNT / 4.18 × 1012 J = 1،856،459 كيلوطن من مادة TNT.
وهكذا ، في ختام تجربتنا الذهنية الصغيرة ، نجد أن إنسانًا واحدًا فقط يعادل تقريبًا 1.86 مليون كيلوطن من TNT بقيمة الطاقة. دعنا الآن نضع ذلك في المنظور ، فقط لإلقاء الضوء على الكمية الهائلة من القوة التي هي حقا هذا المعادل.
كانت القنبلة التي دمرت ناجازاكي في اليابان خلال الحرب العالمية الثانية مدمرة. لقد دمرت المدينة في ثوانٍ وأوصلت الحرب في المحيط الهادئ إلى نهايتها. كانت تلك القنبلة حوالي 21 كيلو طن من المتفجرات. هذا يعني أني ، أنا شخص واحد ، لدي طاقة متفجرة في داخلي 88،403 مرة أكثر من قنبلة دمرت مدينة بأكملها ... وهذا ينطبق على كل إنسان.
لذا عندما تسمع شخصًا يخبرك بأن لديك إمكانات حقيقية ، ما عليك سوى الرد على أنه ليس لديه فكرة ...
