يفشل الكثير من الناس في إدراك مقدار الطاقة المحجوزة في المادة. نواة أي ذرة هي فرن إشعاع شديد ، وعندما تفتح باب الفرن ، تتسرب هذه الطاقة ؛ في كثير من الأحيان بعنف. ومع ذلك ، هناك شيء أكثر جوهرية في هذا الجانب من المادة هرب العلماء لسنوات.
لم يكن حتى تألق ألبرت أينشتاين حتى تمكنا من فهم هذا الارتباط بين الكتلة والطاقة بشكل كامل. أدخل E = mc2. هذه الصيغة الجبرية التي تبدو بسيطة تمثل ارتباط الطاقة بالمادة (معادلة الطاقة لأي كمية معينة من الكتلة). لقد سمع الكثيرون عنها ، لكن لم يفهم الكثيرون ما يعنيه. كثير من الناس لا يدركون مقدار الطاقة التي تحتويها المادة. لذلك ، في الدقائق القليلة القادمة ، سأحاول أن أنقل لكم حجم معادلة الطاقة الكامنة الشخصية الخاصة بكم.
أولاً ، يجب أن نكسر هذه المعادلة. ماذا يعني كل حرف؟ ما هي قيمهم؟ دعونا نقسمها من اليسار إلى اليمين:
البرت اينشتاين. رصيد الصورة: مكتبة الكونغرس
ويمثل الطاقة التي نقيسها بالجول. الجول هو مقياس SI للطاقة ويتم قياسه بالكيلوجرام × متر مربع لكل ثانية مربعة [كجم × م2/س2]. كل هذا يعني بشكل أساسي أن جول من الطاقة يساوي القوة المستخدمة لتحريك جسم معين مسافة متر واحد في نفس اتجاه القوة.
ميمثل كتلة الجسم المحدد. في هذه المعادلة ، نقيس الكتلة بالكيلوجرام (أو 1000 جرام).
جيمثل سرعة الضوء. في الفراغ ، يتحرك الضوء بسرعة 186282 ميلًا في الثانية. ولكن في العلم ، نستخدم SI (النظام الدولي للوحدات) ، لذلك نستخدم قياسات الأمتار والكيلومترات بدلاً من الأقدام والأميال. لذلك عندما نجري حساباتنا للضوء ، نستخدم 3.00 × 108م / ث ، أو بالأحرى 300.000.000 متر في الثانية.
إذن ، ما تقوله المعادلة بشكل أساسي هو أنه بالنسبة لكمية معينة من الكتلة (بالكيلوجرام) ، إذا ضربتها في مربع سرعة الضوء (3.00 × 10)8)2، تحصل على مكافئ الطاقة (الجول). فماذا يعني هذا؟ كيف يمكنني الارتباط بهذا ، وكم الطاقة في المادة؟ حسنًا ، هنا يأتي الجزء الممتع. نحن على وشك إجراء تجربة.
هذا ليس ما نحتاجه لمعدات فاخرة ، ولا نحتاج لمختبر كبير من أجله. كل ما نحتاجه هو الرياضيات البسيطة وخيالنا. الآن قبل أن أستكمل ، أود أن أشير إلى أنني أستخدم هذه المعادلة في أبسط أشكالها. هناك العديد من المشتقات الأكثر تعقيدًا لهذه المعادلة والتي يتم استخدامها للعديد من التطبيقات المختلفة. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه عند اندماج ذرتين (مثل اندماج الهيدروجين في الهيليوم في قلب نجمنا) يتم تحويل حوالي 0.7٪ فقط من الكتلة إلى طاقة كلية. لأغراضنا ، لا داعي للقلق بشأن هذا ، لأنني ببساطة أوضح الكميات الهائلة من الطاقة التي تشكل مكافئتك في الكتلة ، ولا أوضح اندماج كل كتلتك التي تتحول إلى طاقة.
لنبدأ بجمع البيانات حتى نتمكن من إدخالها في معادلتنا. وزني حوالي 190 رطلاً. مرة أخرى ، نظرًا لاستخدامنا لوحدات SI في العلم ، نحتاج إلى تحويلها من أرطال إلى جرامات. إليك كيف نقوم بذلك:
1 جوش = 190 رطلاً
1 رطل = 453.6 جرام
إذن 190 رطلاً × 453.6 جم / 1 رطل = 86184 جم
إذن 1 جوش = 86184 جم
نظرًا لأن قياسنا لـ E بالجول ، ووحدات القياس في الجول هي كيلوجرام × متر مربع لكل ثانية مربعة ، فأنا بحاجة إلى تحويل كتلي بالجرام إلى كتلي بالكيلوجرام. نفعل ذلك بهذه الطريقة:
86184 جم × 1 كجم / 1000 جم = 86.18 كجم.
إذن 1 جوش = 86.18 كجم.
الآن بعد أن أصبحت في وحدة القياس الصحيحة للكتلة ، يمكننا التعويض بالقيم في المعادلة ومعرفة ما نحصل عليه:
ه = مك2
E = (86.18 كجم) (3.00 × 108تصلب متعدد)2
E = 7.76 × 1018ي
يبدو هذا كالتالي: 7،760،000،000،000،000،000 أو ما يقرب من 7.8 سبتليون جول من الطاقة.
عرض فني للطاقة المنبعثة في انفجار. عبر Pixabay.
هذه كمية كبيرة من الطاقة بشكل لا يصدق. ومع ذلك ، لا يزال يبدو غامضًا للغاية. ماذا يعني هذا الرقم؟ ما هو مقدار الطاقة هذا حقا؟ حسنًا ، دعنا نواصل هذه التجربة ونجد شيئًا يمكننا قياس هذا مقابله ، للمساعدة في وضع هذه الكمية من الطاقة في منظورنا الصحيح.
أولاً ، دعنا نحول طاقتنا إلى قياس مكافئ. شيء يمكن أن نتعلق به. كيف تبدو مادة تي إن تي؟ أولاً ، يجب أن نحدد وحدة قياس مشتركة لـ TNT. الكيلوتون. الآن اكتشفنا عدد الكيلو طن من مادة تي إن تي في 1 جول. بعد إجراء القليل من البحث ، وجدت نسبة تحويل تتيح لنا القيام بما يلي:
1 جول = 2.39 × 10-13كيلو طن من المتفجرات. وهذا يعني أن 1 جول من الطاقة يساوي .000000000000239 كيلو طن من مادة تي إن تي. هذا رقم صغير جدا. أفضل طريقة لفهم هذه العلاقة هي قلب هذه النسبة لمعرفة عدد جول من الطاقة في 1 كيلو طن من مادة تي إن تي. 1 كيلو طن من مادة تي إن تي = 4.18 × 1012جول أو بالأحرى 4،184،000،000،000 جول.
الآن وقد حصلنا على نسبة التحويل ، فلنقم بحساب.
1 جوش (شرق) = 7.76 × 1018ي
7.76 × 1018J × 1 كيلو طن تي إن تي / 4.18 × 1012J = 1،856،459 كيلو طن من مادة تي إن تي.
وهكذا ، في ختام تجربتنا الذهنية الصغيرة ، وجدنا أن إنسانًا واحدًا فقط يعادل 1.86 مليون كيلوطن من مادة تي إن تي من الطاقة. دعنا الآن نضع ذلك في منظور ، فقط لإلقاء الضوء على المقدار الهائل من القوة الذي يمثله هذا التكافؤ حقًا.
كانت القنبلة التي دمرت ناغازاكي في اليابان خلال الحرب العالمية الثانية مدمرة. لقد دمر مدينة بالأرض في ثوانٍ وأوقف الحرب في المحيط الهادئ. كانت تلك القنبلة حوالي 21 كيلو طن من المتفجرات. وهذا يعني أنني ، أنا إنسان ، لدي طاقة تفجيرية تزيد بمقدار 88403 مرات عن القنبلة التي دمرت مدينة بأكملها ... وهذا ينطبق على كل إنسان.
لذلك عندما تسمع شخصًا ما يخبرك أن لديك إمكانات حقيقية ، فقط رد أنه ليس لديه فكرة….
انفجار قنبلة هيدروجينية. الصورة عبر Pixabay.
