Номер 3, страница 259 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 62. Ядерные силы и ядерные реакции. Вопросы - номер 3, страница 259.

Условие.

3. В чём заключается взаимосвязь энергии и массы?

Решение.

Взаимосвязь энергии и массы является одним из фундаментальных принципов современной физики, сформулированным Альбертом Эйнштейном в его специальной теории относительности. Этот принцип известен как эквивалентность массы и энергии.

Суть этой взаимосвязи выражается знаменитой формулой Эйнштейна:

$E = mc^2$

где:

• $\text{E}$ – это полная энергия объекта,
• $\text{m}$ – его масса,
• $\text{c}$ – скорость света в вакууме (константа, приблизительно равная $3 \times 10^8$ м/с).

Эта формула показывает, что масса и энергия — это не две разные сущности, а две взаимосвязанные и взаимопревращаемые формы одного и того же. Основные положения этой взаимосвязи следующие:

1. Масса как форма энергии. Любое тело, обладающее массой, имеет соответствующий запас внутренней энергии, называемой энергией покоя ($E_0 = m_0c^2$). Это означает, что масса сама по себе является концентрированной формой энергии. Даже если тело неподвижно, оно обладает огромным количеством "скрытой" энергии.

2. Взаимопревращение массы и энергии. Масса может превращаться в энергию, и наоборот, энергия может превращаться в массу. Поскольку множитель $c^2$ является очень большим числом, даже незначительное уменьшение массы приводит к высвобождению колоссального количества энергии. Это наглядно проявляется в ядерных и субатомных процессах:

   • Ядерные реакции (синтез и деление): В звездах, в том числе и на Солнце, происходит термоядерный синтез, при котором ядра легких элементов (например, водорода) сливаются, образуя более тяжелые ядра (гелия). Масса конечного продукта оказывается меньше суммы масс исходных частиц. Эта разница масс, называемая дефектом масс ($\Delta m$), выделяется в виде огромного количества энергии ($\Delta E = \Delta m c^2$). Аналогичный процесс, но с расщеплением тяжелых ядер (например, урана), используется в атомных электростанциях и ядерном оружии.
   • Аннигиляция и рождение пар: В физике элементарных частиц при столкновении частицы и ее античастицы (например, электрона и позитрона) их масса полностью превращается в энергию в виде фотонов. Обратный процесс — рождение пары частица-античастица из гамма-кванта достаточной энергии — является примером превращения энергии в массу.

3. Масса зависит от энергии. Полная энергия тела, движущегося со скоростью $\text{v}$, больше его энергии покоя. Это означает, что и его масса (релятивистская масса) также увеличивается с ростом скорости. Любое изменение энергии системы (например, при нагревании или ускорении) ведет к соответствующему изменению ее массы, хотя в повседневных условиях это изменение ничтожно мало и незаметно.

Ответ: Взаимосвязь энергии и массы заключается в их эквивалентности: масса является мерой полной энергии, содержащейся в физической системе, а энергия и масса могут превращаться друг в друга в соответствии с формулой Эйнштейна $E = mc^2$. Это означает, что любое тело обладает энергией покоя, пропорциональной его массе, и что при изменении массы системы происходит выделение или поглощение энергии, что наиболее ярко проявляется в ядерных реакциях и процессах в мире элементарных частиц.