E=mc2
- La masa y la energía son equivalentes, están relacionadas por la velocidad de la luz.
- La energía es una forma del movimiento, el movimiento es una propiedad de la materia.
- En el proceso de trabajo energético, la materia se transforma en distintas formas de energía.
- Las materias primas son los energéticos, su transformación produce energía eléctrica.
- La energía se conserva, no existe movimiento sin materia.
En septiembre de 1905, Einstein reportó una de las más importantes consecuencias de su Teoría Especial de la Relatividad. “El principio de la relatividad junto con las ecuaciones de Maxwell demandan que la masa es una medida directa de la energía contenida en los cuerpos”, escribió.
En uno de los tres manuscritos que se conservan, está la famosa ecuación que describe la relación entre la energía (E), la masa (m) y la velocidad de la luz (c), derivada de la teoría especial de la relatividad. La ecuación fue publicada en el artículo de 1905 con una notación distinta. En 1907, Einstein generalizó el concepto de equivalencia de masa y energía.
La teoría de Einstein es distinta de la de Newton pero, la primera, contiene a la segunda. Cuando esto ocurre, la teoría de Einstein se reduce al límite Newtoniano. La diferencia más importante es respecto al tiempo y el espacio. Para Newton se trata de conceptos absolutos, para Einstein son conceptos relativos que dependen de la velocidad de los objetos y el límite es la velocidad de la luz.
Para Newton, un segundo de tiempo es el mismo en cualquier parte del universo; un segundo en la Tierra es el mismo que en la Luna, un reloj en la Tierraes el mismo que en Marte, por ejemplo, o en cualquier parte. Para Einstein, el tiempo se comporta diferente. Mientras más rápido se mueve un cuerpo más lento transcurre el tiempo. Un reloj en la Tierra no es, necesariamente, el mismo en todas partes del universo. La gravedad también detiene a los relojes y el paso del tiempo es más lento. Es decir, el tiempo absoluto NO existe.
Respecto a la distancia, para Newton un metro tiene la misma longitud en cualquier parte del universo. Para Einstein, un metro se hace más corto mientras más rápido se mueve un objeto. Esto es, la distancia absoluta NO existe.
Si el espacio y el tiempo se distorsionan, entonces todo lo que puede medir con metros y relojes también se distorsiona, incluyendo todas las formas de Masa y Energía.
El segundo postulado de la Teoría Especial de la Relatividad indica que nada se puede mover más rápido que la velocidad de la luz, éste es el límite. Conforme la velocidad de una partícula se aproxima a la velocidad de la luz, su masa se incrementa. Si se agrega energía a una partícula en movimiento relativista su masa se incrementa sin un aumento significativo en la velocidad. Esto quiere decir, de acuerdo a Einstein, que la masa de un cuerpo es una medida de su contenido de energía.
Pero es imposible acelerar una partícula a la velocidad e la luz. Einstein predijo que, a la velocidad de la luz, la masa de una partícula podría volverse infinita. Esto es, se requeriría una cantidad infinita de energía para acelerar una partícula a la velocidad de la luz, lo cual no es posible.
Pero, ¿cómo es que un fotón, un rayo de luz, puede viajar a la velocidad de la luz? La respuesta es porque los fotones tienen una masa en reposo igual a cero lo que significa que toda la energía de un fotón es cinética.
En el reposo también existe cierta cantidad de energía correspondiente a la masa (en reposo). De manera que, la energía cinética de los cuerpos es la diferencia entre la energía contenida en el cuerpo menos la energía del reposo y, la energía relativista es función de la energía en reposo más la cantidad de movimiento del cuerpo. Los fotones poseen energía y momento, es decir, cantidad de movimiento.
La diferencia de la teoría de Einstein con las leyes del movimiento de Newton está determinada por la velocidad. La masa de un cuerpo es relativa pues es función de la velocidad. Cuando la velocidad de los cuerpos se aproxima a la velocidad de la luz, la masa (relativista) y la energía (cinética) se vuelvencantidades muy grandes, tienden a infinito, mientras que la masa (en reposo) es pequeña, tiende a cero.
Equivalencia de masa y energía
Estas ideas llevaron a Einstein a proponer una ecuación, la más famosa de todas en la ciencia:
E=mc2
Esto quiere decir que la energía (E) es igual a la masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. La ecuación significa que la energía y la masa son cantidades equivalentes: la masa se transforma en energía, y viceversa, son cantidades directamente proporcionales.
La ecuación está relacionada por la velocidad de la luz (c), la cual representa un número muy grande, casi 300 mil kilómetros por segundo. Eso hace que al multiplicar la masa (m) por la velocidad de la luz (c) elevada al cuadrado, se obtenga como energía una cantidad (E) muy grande.
Por eso es que, una cantidad muy pequeña de masa puede ser convertida en una cantidad enorme de energía. Por ejemplo, 1 gramo de algo se transforma, al multiplicarse por c2, en un 9 multiplicado por 1020, es decir un 9 seguido de 20 ceros, como energía expresada en ergs/segundo ó 9x1013joules/segundo, ambas unidades de energía.
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