Номер 9, страница 105 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

9. Что такое энергия покоя?

Энергия покоя — это внутренняя энергия, которой обладает массивное тело (или система тел), находящееся в состоянии покоя относительно выбранной инерциальной системы отсчёта. Это одно из фундаментальных понятий специальной теории относительности (СТО), которое было введено Альбертом Эйнштейном.

Ключевой принцип, лежащий в основе этого понятия, — это эквивалентность массы и энергии. Он гласит, что масса является одной из форм энергии, и, следовательно, любой объект, обладающий массой, имеет соответствующий запас энергии, даже если он неподвижен. Эта связь выражается одной из самых известных формул в физике:

$E_0 = mc^2$

где:

• $E_0$ — это энергия покоя, измеряемая в джоулях (Дж) в системе СИ.
• $\text{m}$ — это масса покоя объекта, измеряемая в килограммах (кг). Масса покоя — это инвариантная величина, то есть она одинакова во всех инерциальных системах отсчёта.
• $\text{c}$ — это скорость света в вакууме, фундаментальная физическая постоянная, приблизительно равная $c \approx 3 \times 10^8$ м/с.

Поскольку скорость света — очень большая величина, а в формулу она входит в квадрате ($c^2 \approx 9 \times 10^{16} \text{ м}^2/\text{с}^2$), даже очень маленькая масса эквивалентна огромному количеству энергии.

Этот принцип имеет огромное практическое значение и наблюдается в различных физических процессах:

1. Ядерные реакции: В процессах ядерного деления (в атомных реакторах и бомбах) или ядерного синтеза (в звёздах и термоядерном оружии) суммарная масса продуктов реакции оказывается немного меньше суммарной массы исходных частиц. Эта разница масс, называемая дефектом масс, превращается в колоссальное количество энергии, которая высвобождается в виде тепла и излучения.
2. Аннигиляция: При столкновении частицы и её античастицы (например, электрона и позитрона) они исчезают, и вся их масса покоя преобразуется в энергию электромагнитного излучения (гамма-квантов).

Следует отличать энергию покоя от полной энергии тела. Полная энергия $\text{E}$ движущегося тела со скоростью $\text{v}$ включает в себя как энергию покоя, так и кинетическую энергию. Полная энергия также связана с массой, но уже с релятивистской, и описывается более общей формулой $E = \gamma mc^2$, где $\gamma = 1 / \sqrt{1 - v^2/c^2}$ — фактор Лоренца. При $v=0$, $\gamma=1$, и полная энергия становится равной энергии покоя $E_0$.

Ответ: Энергия покоя — это минимально возможная энергия, которой обладает тело, имеющее массу. Она соответствует энергии объекта в состоянии покоя и вычисляется по формуле Эйнштейна $E_0 = mc^2$, устанавливающей прямую связь между массой тела и заключённой в ней энергией.