Почему E=mc2?
Если возможно, объясните доступно, что подразумевается под массой и энергией?

Вопрос школьника по предмету Физика

Почему E=mc2?
Если возможно, объясните доступно, что подразумевается под массой и энергией?

Ответ учителя по предмету Физика

В одной из своих революционных научных работ, опубликованной в 1905 году, Альберт Эйнштейн предложил формулу E=mc2, где Е − энергия, m − масса, с − скорость света в вакууме.[1] С тех пор она стала одной из самых известных формул в мире. Даже люди, далекие от физики, хотя бы раз слышали об этой формуле и о той важной роли, которую она играет в наших представлениях об окружающем мире. Однако далеко не все понимают, что именно означает данное уравнение. Попросту говоря, эта формула выражает эквивалентность энергии и массы, связанных между собой простым соотношением.[2] Это соотношение, изменившее наше представление об энергии, нашло широкое практическое применение.

Часть1Смысл формулы
1Рассмотрим величины, входящие в уравнение. Для понимания какой-либо формулы первым делом следует определить, какие величины в нее входят. В нашем случае E − это энергия, m − масса, и c − скорость света.Скорость света в вакууме − это постоянная величина, приблизительно равная 3,00×108 метров в секунду. Ввиду фундаментальных свойств энергии она возводится в квадрат: тело, движущееся в два раза быстрее, обладает в четыре раза большей энергией.[3]Скорость света является константой, так как если вы превратите какое-либо тело в чистую энергию, эта энергия будет перемещаться со скоростью света.[4]2Рассмотрим понятие энергии. Существует множество видов энергии, в том числе тепловая, электрическая, химическая, ядерная и так далее.[5] Энергия может переходить из одного вида в другой, и различные тела или системы могут обмениваться энергией. Основной единицей измерения энергии служит джоуль (Дж).Энергия не может бесследно исчезнуть или появиться из ничего, она лишь принимает различные формы. Например, уголь обладает большим количеством потенциальной энергии, которая превращается в тепловую при его сгорании.Кинетическая энергия какого-либо тела пропорциональна его массе, умноженной на квадрат скорости. Общая энергия тела равна его массе, умноженной на квадрат скорости света в вакууме.[6]3Рассмотрим понятие массы. Масса тела определяется как количество составляющего его вещества.[7] Следует различать массу и вес. Вес − это сила тяжести, действующая на тело, в то время как масса представляет собой количество вещества, содержащегося в этом теле. Масса тела может измениться лишь в том случае, когда меняется оно само, а вес зависит от гравитационного поля, в котором находится данное тело. Масса измеряется в килограммах (кг), а вес − в ньютонах (Н).Как и энергия, масса не может возникнуть из ничего или бесследно исчезнуть, но она способна изменять свою форму. Например, кубик льда может растаять и превратиться в воду, однако масса вещества при этом не изменится.4Энергия и масса эквивалентны.Рассматриваемое равенство свидетельствует о том, что энергия эквивалентна массе, и из него мы можем определить, какое количество энергии содержится в определенной массе вещества. Характерно, что даже в малой массе содержится довольно большое количество энергии.