يستطيع العلماء مسارعة جسم مشحون , ومتحرك مثل الالكترون باستخدام قوة كهربائية او مغناطيسية ، ولكن عند اجراء هذه التجربة وجد العلماء انهم مهما قاموا بزيادة القوة المؤثرة على الالكترون ، فإن سرعته تقترب شيئاَ فشيئاَ من سرعة الضوء ، لكنها لا تسطتيع الوصول إليها . فما الذى يحصل ؟ وهل هناك علاقة بين الكتلة و الطاقة ؟ لنفترض ان قوة ثابتة تؤثر على جسم ساكن،ان قانون نيوتن الثانى (ق=ك ت) ، يخبرنا انا مقدار تسارع الجسم يساوى مقدار القوة الؤثرة مقسومة على كتلة الجسم . وبما ان التسارع هو مقدار التغير فى سرعة الجسم فى وحدة زمن . فإن سرعة الجسم يجب ان تستم فى الازدياد بنف المقدار الى ما لا نهاية . ولكن الفرضية الثانية فى النظرية الخاصة تضع حدا اعلى لسرعة الجسم عند سرعة الضوء. فماذا يحصل عند اقتراب سرعة الجسم من سرعة الضوء ؟ ان مقدار التغير فى سرعة الجسم فى وحدة زمن يبدأ فى التناقص شيئا فشيئا حتى يصل الى الصفر . وبما ان القوة المؤثرة ثابتة ، فإن هذا يعنى ان كتلة الجسم قد ازدادت حتى اصبحت تقترب من اللانهاية . لكن كانا نعرف ان اية قوة تؤثر على جسم وتؤدى الى ازاحته تبذل شغلا عليه ، اى تضيف طاقة عليه . ان هذه الطاقة تتحول اذن الى كتلة . وهناك علاقة بسيطة بين الكتلة والطاقة ، وهى علاقة اينشتاين الشهيرة :
ط = ك. * س^2
حيث ك:كتلة الجسم عندما يكون فى حالة السكون . وتقاس بوحدة كيلو جرام
س:سرعة الضوء .
وتسمى هذه العلاقة بطاقة لسكون ، اى انه لحساب الطاقة المتكافئة لكتلة ما يجب اعتماد كتلو السكون ك
وقد توصل اينشتين الى هذه العلاقة باستخدام مبدأ النسبية الخاصة و قوانين ماكسيول للكهرومغناطسية ، وقد جاء البرهان القاطع لهذه المعادلة فى تجارب عملية اثبتت التكافؤ بين الطاقة و الكتلة ، حيث تتحول الطاقة الى كتلة وبا لعكس . ويتم استغلال هذا التكافؤ يوميا لتوليد كميات هائلة من الطاقة فى المفاعلات النووية للاستخدام البشرى .
مثال:ما كمية الطاقة التى يمكن الحصول عليها عند تحويل 1 كغم من المادة الى طاقة؟
الحل ط= ك.*س^2
= 1*(3*10^8)^2 جول = 9*10^16جول
وهذا مقدار هائل جدا من الطاقة وحتى نتصور ذلك يمكن ان نقارنه مع معدل الطاقة الكهربائية
التى تستهلكها اسر فلسطينة شهريا كما يأتى :
- اذا كانت الاسرة الفلسطينية تستهلك حوالى 250 كيلو واط . ساعة شهريا وهذا يعادل 9*10^8 جول ، وبمقارنة الرقم مع المقدار الناتج فى المثال السابق يتبين ان الطاقة الناتجة من تحويل 1 كغم من المادة الى طاقة فستكفى الاسرة الفلسطينية لاكثر من 8 ملايين سنة .
مجسم لمعادلة اينشتاين الشهيرة فى برلين
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)