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質能方程和動能方程有矛盾嗎

圖文 更新时间:2024-08-18 17:08:28

質能方程是相對論的一個重要推論, 闡明了質量與能量的關系。這裡先直接給出質能方程:E=mc²。其中, E是能量 單位是焦耳(J) m是質量 單位是千克(Kg) c是光速c=299792458m/s

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)1

在相對論中,動能定理依然成立,但動能的形式将不同。靜止質量為m。的質點在力F的作用下,經過世間間隔dt,質量增量為dm,速度為v,速度的增量為dv,位移為dx,動量增量為dp,總能量增量為dE,真空中光速為c,由動能定理可知,外力做功等于質點動能變化:

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)2

我們由洛倫茲協變公式可以有:

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)3

其中:v<c,所以c²-v²>0,所以有:

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)4

由于該質點的靜止質量m。和光速c都是常數;所以我們有:

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)5

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)6

将上面的等式代入到我們的質點動能變化表達式可以得到:

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質點總能量增加為:

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)8

從上面的表達式我們可以看出,當質點初速度為0的時候:E=m。c²

這就是愛因斯坦著名的質能關系式,并把m。c²稱為物體的靜能,是總能量的一部分,任何具有靜止質量的質點都具有靜能。

物體的靜止能量是它的總内能,包括分子運動的動能、分子間相互作用的勢能、使原子與原子結合在一起的化學能、原子内使原子核和電子結合在一起的電磁能,以及原子核内質子、中子的結合能……物體靜止能量的揭示是相對論最重要的推論之一。

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)9

正負電子湮滅

這說明了,靜止粒子内部仍然存在着運動。一定質量的粒子具有一定的内部運動能量,反過來,帶有一定内部運動能量的粒子就表現出有一定的慣性質量。在基本粒子轉化過程中,有可能把粒子内部蘊藏着的全部靜止能量釋放出來,變為可以利用的動能。這種現象已經在高能物理實驗中被證實。

質能方程和動能方程有矛盾嗎(質能方程怎麼來的)10

我是郭哥論道,一個緻力于科普相對論、量子力學、計算機、數學,讓深奧的科學理論通俗易懂起來、讓科學更有趣的科普搬運工。耐心看完的小夥伴,留個言、點個贊加個關注再走呗。

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