Cách để Hiểu về công thức E=mc2

Đồng tác giả: Nhân viên của wikiHow

Trong bài viết này:Hiểu công thứcÁp dụng công thức vào thực tế8 Tham khảo

Công thức E=mc2 lần đầu tiên được biết đến khi được giới thiệu trong một bài báo của Albert Einstein năm 1905 và trở thành công thức nổi tiếng nhất tạo nên tiền đề cho sự đột phá trong khoa học công nghệ sau này. Trong công thức E=mc2, E là năng lượng, m là khối lượng và c là tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không.[1] Ngay cả những người không có kiến thức căn bản về vật lý cũng đã từng nghe đến công thức này và, ở mức độ nào đó, biết được tầm ảnh hưởng của nó, tuy nhiên, phần lớn trong số đó lại chưa nắm được ý nghĩa thực sự của công thức này. Nói một cách đơn giản, đây là công thức thể hiện mối tương quan giữa năng lượng và vật chất: nhất là việc năng lượng và vật chất là hai dạng khác nhau của cùng một vật.[2] Công thức đơn giản này đã thay đổi cách mà người ta nhìn nhận về năng lượng và từ đó dẫn tới hàng loạt những bước tiến quan trọng tạo ra những công nghệ hiện đại ngày nay.

Phần 1
Hiểu công thức

  1. 1
    Xác định các biến trong công thức. Để hiểu được bất cứ công thức nào, bước đầu tiên phải nắm được mỗi biến trong công thức đại diện cho cái gì. Trong trường hợp này, E là năng lượng của vật ở trạng thái tĩnh, m là khối lượng của vật và c là vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không.
    • Vận tốc ánh sáng c là một hằng số không đổi có giá trị xấp xỉ 3,00x108 mét trên giây. Trong thuyết tương đối của Einstein, c2 đóng vai trò là nhân tố biến đổi đơn vị thay vì là một hằng số. Vì năng lượng được đo theo đơn vị Joule (J) hoặc kg m2 s-2, việc sử dụng c2 là kết quả của phép phân tích thứ nguyên nhằm đảm bảo mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng là một thứ nguyên.
  2. 2
    Hiểu năng lượng là gì. Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng như năng lượng nhiệt, điện, hóa học, hạt nhân, v.v. [3] Năng lượng có thể được trao đổi giữa hai hệ, trong đó một hệ sẽ cho năng lượng và một hệ nhận năng lượng.
    • Năng lượng không thể tự sinh ra hoặc mất đi mà chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác. Ví dụ, than có nhiều năng lượng tiềm năng có thể chuyển thành nhiệt khi bị đốt cháy.
  3. 3
    Xác định khối lượng. Khối lượng của một vật được xác định là lượng vật chất chứa trong vật đó.[4]
    • Ngoài ra còn có một vài định nghĩa khác về khối lượng. "Khối lượng không đổi" và "khối lượng tương đối" là hai trong số đó. Khối lượng không đổi, như tên của nó, là khối lượng bất biến trong mọi hoàn cảnh. Trong khi đó, khối lượng tương đối phụ thuộc vào vận tốc của vật. Khối lượng trong công thức E = mc2 là khối lượng không đổi. Đây là một điểm quan trọng trái ngược với quan niệm của nhiều người khi cho thấy rằng khối lượng của vật không thay đổi khi tăng tốc độ.
    • Cần nhớ rằng khối lượng và trọng lượng là hai khác niệm khác nhau. Trọng lượng là chính là trọng lực của vật, còn khối lượng là lượng vật chất cấu tạo nên vật. Khối lượng chỉ thay đổi khi vật bị biến đổi về mặt vật lý, còn trọng lượng thay đổi phụ thuộc vào trọng lực của môi trường. Khối lượng được đo bằng kilogam (kg), trọng lượng được đo bằng newton (N).
    • Tương tự như năng lượng, khối lượng không tự sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Ví dụ, một cục nước đá có thể tan chảy thành dạng lỏng nhưng khối lượng của nó không thay đổi.
  4. 4
    Khối lượng và năng lượng là hai đại lượng tương đương.[5] Công thức này nêu lên sự tương đồng của khối lượng và năng lượng, đồng thời chỉ ra trong một khối lượng chất nhất định có bao nhiêu năng lượng. Và quan trọng hơn cả, công thức này cho ta thấy rằng một vật có khối lượng nhỏ cũng chứa trong nó một lượng năng lượng rất lớn.[6]

Phần 2
Áp dụng công thức vào thực tế

  1. 1
    Nguồn gốc của năng lượng sử dụng được. Phần lớn năng lượng mà con người sử dụng hiện nay sinh ra trong quá trình đốt cháy than đá và khí ga tự nhiên. Khi những nhiên liệu này bị đốt cháy, liên kết tạo thành bởi các electron hóa trị sẽ bị đứt gãy và giải phóng ra năng lượng, nhờ vậy mà con người có thể tận dụng nguồn năng lượng đó cho đời sống.
    • Lấy năng lượng theo cách này không những kém hiệu quả mà còn gây hại cho môi trường.
  2. 2
    Sử dụng công thức năng lượng của Einstein để gia tăng hiệu quả của quá trình chuyển hóa năng lượng. Công thức E=mc2 cho ta thấy rằng hạt nhân của nguyên tử chứa nhiều năng lượng hơn so với các electron hóa trị của nguyên tử đó.[7] Năng lượng giải phóng khi phá vỡ một nguyên tử lớn hơn rất nhiều so với năng lượng giải phóng trong quá trình làm đứt gãy liên kết electron.
    • Năng lượng hạt nhân cũng dựa trên nguyên lý này. Các lò hạt nhân gây ra sự phân hạch (làm các nguyên tử tách nhau ra), và con người sẽ thu lại năng lượng giải phóng từ sự phân hạch đó.
  3. 3
    Những phát minh công nghệ trở thành sự thật nhờ E=mc2. Công thức E=mc2 đã giúp tạo ra rất nhiều công nghệ mới thú vị mà có lẽ loài người ngày nay khó có thể sống thiếu chúng, ví dụ như:[8]
    • Chụp cắt lớp positron (PET) sử dụng phóng xạ để thấy được hình ảnh bên trong cơ thể.
    • Dựa trên công thức này mà các nhà khoa học đã phát triển được các công nghệ truyền thông từ vệ tinh và xe thám hiểm tự động.
    • Tuổi của cổ vật được xác định bằng phương pháp phóng xạ các-bon, mà bản chất của phương pháp này chính là dựa vào quá trình phân rã phóng xạ theo công thức E=mc2.
    • Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng sạch và hiệu quả hơn so với các nguồn năng lượng truyền thống mà con người vẫn khai thác sử dụng.

Thông tin Bài viết

Bài viết này có đồng tác giả là đội ngũ biên tập viên và các nhà nghiên cứu đã qua đào tạo, những người xác nhận tính chính xác và toàn diện của bài viết.

Chuyên mục: Vật lý

Ngôn ngữ khác:

English: Understand E=mc2, Español: entender E=mc2, Русский: понять формулу E=mc2, Português: Entender E=mc2, Italiano: Capire E=mc2, Deutsch: E=mc2 verstehen, Français: comprendre la formule E=mc2, Bahasa Indonesia: Memahami Rumus E=MC2, Nederlands: E=mc2 begrijpen, ไทย: เข้าใจสมการ E=mc2, 中文: 理解E=mc2, العربية: فهم معادلة تكافؤ الكتلة والطاقة

Trang này đã được đọc 29.340 lần.
Bài viết này đã giúp ích cho bạn?