الطاقة النسبية

ومن بين أنواع الطاقة التي نعرفها في مجال الفيزياء، لدينا الطاقة النسبية. هي الطاقة التي تنشأ من مجموع الطاقة الحركية لجسم مع طاقته الساكنة. يُعرف هذا النوع من الطاقة بالطاقة الداخلية. للطاقة النسبية أهمية كبيرة في الفيزياء، وخاصة في دراسة الثقوب السوداء الهائلة.

لذلك ، في هذه المقالة سوف نخبرك ما هي الخصائص والأهمية والمزيد عن الطاقة النسبية.

ما هي الطاقة النسبية

تُعرَّف الطاقة النسبية للجسيم بأنها مجموع طاقاته الحركية والباقية. في الفيزياء ، تعتبر الطاقة النسبية خاصية لكل نظام فيزيائي (سواء كان ضخمًا أم لا). تزداد قيمته عندما تنقل بعض العمليات الطاقة إليه ، يتغير إلى الصفر عند اختفاء النظام أو تدميره. وبالتالي ، بالنسبة لنظام مرجعي محدد بالقصور الذاتي ، ستعتمد قيمته على حالة النظام المادي ، وستظل ثابتة فقط إذا تم عزل النظام المذكور.

عندما اشتق ألبرت أينشتاين ، الذي يعتبر أعظم فيزيائي في كل العصور ، صيغته الشهيرة الطاقة = mc2 ، لم يكن لديه أي فكرة إلى أي مدى سيستخدم نظرياته في النسبية الخاصة والعامة لرسم مسار التاريخ.

عند حساب السرعة ، يجب تقسيم المسافة المقطوعة على الوقت المطلوب للسفر. تحتوي هذه الصيغة على عنصرين يجب تغييرهما: المكان والزمان ، لأن سرعة الضوء تظل كما هي.

تذكر أن الطاقة هي خاصية للأشياء تسمح لهم بالقيام بالعمل. في هذه العملية ، يمكننا نقل الطاقة إلى الجسم ، مما يجعله يتحرك. ترتبط الكتلة أيضًا ارتباطًا وثيقًا بالحركة. ولكن له أيضًا علاقة بالقصور الذاتي ، أو حالة مقاومة الحركة ، أو الأجسام الثقيلة جدًا ، أو الحركة التي لا يمكننا إبطاء أو إيقافها لأنها تكتسب سرعات هائلة.

ثم الكتلة هي مقياس القصور الذاتي الذي يظهره جسم ما.. الأشياء ذات الكتلة الكبيرة يصعب تسريعها وكبحها. الطاقة والكتلة في المعادلة متساويتان. يرى بعض الفيزيائيين الكتلة كشكل من أشكال الطاقة ولا يبالغون. يمكننا تحويل كميات كبيرة من الكتلة إلى طاقة والعكس صحيح. على سبيل المثال ، يمكن تحويل كتلة بعض الذرات إلى طاقة لتشغيل مفاعل نووي ، أو تحويلها إلى استخدامات أخرى شبيهة بالحرب ، وإطلاق كميات هائلة من الطاقة التي تدمر كل شيء حولها.

الملامح الرئيسية

ترتبط الطاقة النسبية ارتباطًا جوهريًا بكتلة الجسم. وفقًا لنظرية النسبية ، تزداد كتلة الجسم أيضًا مع اقترابها من سرعة الضوء. لذلك، كلما زادت الطاقة النسبية لجسم ما ، زادت كتلته. تشكل هذه العلاقة بين الطاقة والكتلة أهمية أساسية لفهم فيزياء الجسيمات دون الذرية وإنتاج الطاقة داخل النجوم والمفاعلات النووية، وهو أمر بالغ الأهمية لفهمنا للظواهر الفيزيائية الفلكية.

تتمتع الطاقة النسبية أيضًا بخاصية فريدة لا يمكن تدميرها أو إنشاؤها ، ولكن لا يمكن تحويلها إلا من شكل إلى آخر. يُعرف هذا بمبدأ الحفاظ على الطاقة. في أي عملية فيزيائية ، الطاقة الكلية ، والتي يتضمن كلاً من الطاقة النسبية وأشكال الطاقة الأخرى ، ويظل ثابتًا. هذه الخاصية ضرورية لفهم كيفية عمل التفاعلات النووية وتوازن الطاقة في الكون.

علاوة على ذلك، يلعب هذا النوع من الطاقة دورًا حاسمًا في وصف ظواهر مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي والموجات الثقالية. هذه الظواهر، التي تعتبر أساسية لدراسة الفيزياء الفلكية وسلوك الكون، هي موجات من الطاقة تنتشر عبر الزمكان، ويمكن تفسير سلوكها وخصائصها بشكل أفضل باستخدام مفاهيم الطاقة النسبية.

كيف تعمل الطاقة النسبية

ترتبط الكتلة والطاقة ارتباطًا وثيقًا بعلاقة تكافؤ وصفها الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين في نظريته عن النسبية الخاصة. بعبارة أخرى، كمية صغيرة من الكتلة تساوي كمية كبيرة من الطاقة. الطاقة النسبية لانهائية عندما تتحرك الأشياء بسرعات قريبة من سرعة الضوء.

لذلك ، تصبح كبيرة بشكل غير محدود ، ولا يمكن لأي قوة تسريعها ، وبالتالي فإن سرعة الضوء هي حد مادي لا يمكن التغلب عليه. إذا تذكرنا أن الكتلة تُعرَّف بأنها العلاقة بين القوة والتسارع ، فإننا نفهم أن الكتلة هي مقياس لمدى سرعة زيادة الجسم.

ومع ذلك، هذا لا ينبغي بأي حال من الأحوال أن يجعلنا نعتقد أنه إذا سافرنا بالقرب من سرعة الضوء ، فسنشهد زيادة في الكتلة. ليس من الصحيح الاعتقاد بأن كل كتلة الجسم تتحول إلى طاقة أو العكس. أي أنه يمكن تحويل كمية كبيرة من الطاقة إلى كتلة.

ولعل هذا هو السبب الذي دفع العديد من المؤلفين اليوم إلى الإشارة إلى أنه من الأفضل عدم استخدام صفات النسبية، بل صفات الطاقة الكلية والكتلة الثابتة، للتأكيد على أن قيمة m0 هي نفسها في أي نظام، وأن قيمة E (الطاقة) سوف تعتمد على النظام المختار.

أيضا، يجب أن نتذكر أن السرعة والقوة مقداران متجهان. إذا طبقنا قوة على جسم يتحرك في نفس اتجاه الحركة بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، فإن الكتلة ستكون نسبية. ومع ذلك ، إذا طبقنا هذه القوة بشكل عمودي على الحركة ، فإن ما يسمى بعامل لورنتز سيكون 1 ، لأن السرعة في هذا الاتجاه ستكون صفرًا. ثم سنرى صفة مختلفة تمامًا.

يمكن استنتاج أن الكتلة يمكن أن تتغير ، ولكن ليس فقط اعتمادًا على السرعة ، ولكن أيضًا على الاتجاه الذي يتم تطبيق القوة فيه. لذلك ، فإن هذا المنطق يستبعد تمامًا أن الكتلة النسبية هي مفهوم فيزيائي حقيقي.

كيف يتم تخزينها

كل ذرة عبارة عن كرة صغيرة مليئة بالطاقة ، ويمكنها حتى تحويل الطاقة في شكل جسيمات ضوئية (تسمى الفوتونات) إلى مادة. لذلك، إنه فعال وجيد الاستخدام ، ويوفر حلاً جيدًا لاحتياجات الطاقة البشرية. وفي هذا السياق، تعد دراسة الطاقة النسبية وتخزينها أمرا أساسيا لتطوير تقنيات جديدة.

مع التخزين ، يمكن تحويل الطاقة النووية إلى كهرباء من خلال عملية الانشطار والاندماج المعقدة. لهذا السبب ، يعتبر أينشتاين أب الفيزياء النووية.

آمل أن تساعدك هذه المعلومات على تعلم المزيد عن الطاقة النسبية وخصائصها.