Založ si blog

Hybnosť a energia

Budem pokračovať v článku o hmotnosti a rýchlosti. Moje články sú trochu ťažšie na pochopenie preto som veľmi rád keď si to niekto vôbec prečíta.

Einstein odvodil hmotnosť v závislosti na rýchlosti. Je to preto, že najvyššia rýchlosť je rýchlosť svetla potom by hybnosti nesúhlasili pretože súčet rýchlostí iný. Pri Newtonovi je u´=v+-u. je výsledá rýchlosť, v a u sú rýchlosti ktoré sa sčítavajú. Einstein musel do toho vzťahu zahrnúť aj rýchlosť svetla c, potom výsledný súčet rýchlosti ktorý odvodil Lorentz je u´=(v+-u)/((1+-(v*u)/c2)).

Hybnosť p je výraz hmotnosť m x rýchlosť v. Vzťah je p=m*v. Ako príklad môžeme uviesť, raketa vynesie družicu na obežnú dráhu dostane impulz, hybnosť o určitej rýchlosti a družica má tiež určitu hmotnosť. Družica bude mať stálu hmotnosť a stálu rýchlosť, bude mať určitú hybnosť.

Uvažujme teleso ktoré sa pohybuje rýchlosťou v má hmotnosť m a narazí do telesa rovnakej hmotnosti ktoré voči pohybujúcemu telesu stálo a má rovnakú hmotnosť m0. Existuje vzťah pre rovnosť hybnosti m*v=(m+m0)*w, w=m*v/(m+m0), s toho m*v=m*v/(m+m0). Ak by sme spočítali rýchlosti označíme výslednú rýchlosť w=u´v-u=w, pre druhý vzťah môžeme napísať (m+m0)*(v-u)=(m+m0)*w. Telesá spolu budú mať rovnakú hybnosť ako predtým jedno teleso ktoré malo väčšiu rýchlosť. Bolo by to správne pri malých rýchlostiach ale súčet rýchlostí je iný, preto Einstein odvodil závislosť hmotnosti na rýchlosti ktorá je spočítaná tak že zahrnuje už aj rýchlosť svetla. Matematicky som to odvodil v predchadzajúcom článku. Pre konečné odvodenie bolo vo vzorci m2*(c2-v2)=m02*c2, z toho sa odvodil vzorec m=m0/√((1- (v2/c2)).

Vráťme sa ešte ku zrážke telies, predpokladajme že sa neoddelili ale ostali spolu po celú dobu spojenia. Teleso hmotnosti m znížilo svoju rýchlosť a teleso hmotnosti m0 získalo rýchlosť. Hybnosť telesa hmotnosti m sa znížila o Δp za zmenu času Δt na zmene dráhy Δs. Teleso vykonalo určitú prácu A. Vzorec je A= Δp*(Δs/Δt).  Δs/Δt je okamžitá rýchlosť v. Prácaje rovná kinetickej energii Ek. Energia je schopnosti konať prácu. Hmotnosť telesa m predalo časť svojej kinetickej energie aby pohlo teleso hmotnosti m0 do pohybu. Hmotnosť m0 ako keby mala zápornú energiu odpočítala by sa od celkovej energie hmotnosti m. Vzorec pre kinetickú energiu je Ek=Δp*v. Ak by sme uvažovali elementárnu hybnosť, kde označíme Δp=dp, dp je diferenciál, potom vzorec vyzerá Ek=dp*v.

Ale pre presný celkový zápis musí byť iný. Ek=∫dp*v, =∫d(m*v)*v ∫ je značka pre tzv. integrál. Znamená súčet elementárnych prírastkov hybnost dp, Keď by sme rozpísali cely vzorec tak pri derivácii by to znamenalo elementárny prírastok hybnosti dp sa bude rovnať súčtu prírastov hmotnosti a prírastku rýchlosti, zápis je dp=(dm*v+m*dv). Keď si to dosadíme do vzorca a vynásobíme v dostaneme Ek=∫(dm*v2+*m*v*dv).

    Ale keď hmotnosť nám závisí od rýchlosti potom zápis nie je správny pretože hmotnosť m je m=m0/√((1- (v2/c2)).

Nechcem tu odvodzovať celé integrály, len aby bolo jasné čo je v skutočnosti kinetická energia. Musíme ju brať ako prechodný stav, preto sú tam tie derivácie a integrály. Podiel diferenciálov dx/dy je derivácia. Zápis vyzerá divoko ale v skutočnosti to je vyjadrenie okamžitého stavu v daných hodnotách. Pre výpočty sú odvodené určité obyčajné vzorce.

Keď sa pozrieme na vzorec m2*(c2-v2)=m02*c2, upravíme ho m2*v2=m2c2– m02*c2 a uvedomíme si že obyčajný vzorec pre kinetickú energiu je Ek=1/2*m*v2 a vzorec pre deriváciu funkcie y=x2 je y´=2*x, Môžeme do vzorca pre odvodenie hmotnosti rozpísať jednotlivé derivácie hmotnosti,  2*m*v2=c2*2(m-m0). Úpravou získame m*v2=(m-m0)*c2. Vidíme že ľavá časť rovnice predstavuje kinetickú energiu ale nie presná rovnica pretože tam nie je súčiniteľ 1/2. Ek=m*c2-m0*c2. Rozpísaním je Ek=m0*c2/√((1- (v2/c2))-m0*c2 Celková energia je E=m*c2 => E=m0*c2/√((1- (v2/c2)) a bez prírastku hmotnosti, (kľudová energia je E0=m0*c2. E=m*c2=Ek+m0*c2, E=Ek+E0. Skutočný vzorec je E=m0*c2/√((1- (v2/c2)). To je odvodenie slávnej Einsteinovej rovnice E=mc2. Je to vzťah medzi hmotou a energiou. Najväčšiu pozornosť vzbudzovala kľudová energia. Na tejto úvahe vznikla atómová bomba. Pre pochopenie pri náraze tých dvoch telies čo som písal na začiatku, tak teleso ktoré stálo malo zápornú, kľudovú energiu a teleso ktoré sa pohybovalo malo celkovú energiu. Spolu keď sa pohybovali mali výslednú energiu. Toho si všimol iba Einstein, že v skutočnosti výpočet pre kinetickú energiu je iný ako Newtonov.

Vzdialenosti a rýchlosti

14.12.2017

Pred tým som písal blog kde vplyvom rýchlosti sa plynutie času predlžuje tzv. dilatácia času. Z toho vyplýva, že keď budem pozorovať pohybujúce teleso bude sa mi zdať kratšie lebo môj čas viac »

Niečo o svetle, čase a dĺžke

05.12.2017

Einstein svoje myšlienkové experimenty odvodzoval s hypotetického vlaku ktorého rovnomerná rýchlosť bola blízka rýchlosti c. Popíšem jeho predstavy ako som sa dozvedel z jeho životopisného viac »

Prechodové javy a nekonečna

04.12.2017

Tento článok je pokračovanie článkov o matematike ale vysvetliť matematika sa dá najlepšie na názorných príkladoch z fyziky. Na základnej škole sa učilo niečo na fyzike aj o elektrine. Na viac »

Saudskoarabský korunný princ Muhammad bin Salmán

Neostanú len pri autách. Saudská Arábia povolí ženám šoférovať motorky aj nákladiaky

16.12.2017 13:42

Monarchia už v septembri oznámila, že ženám povolí riadiť osobné vozidlá.

Nigeria Boko Haram Trials

Veľký úlovok. Armáda v Nigérii pochytala desiatky extrémistov

16.12.2017 11:56

Nigérijská armáda zadržala viac ako 400 ľudí napojených na extrémistickú skupinu Boko Haram.

Porsche v Bratislave

Porsche našlo na Slovensku prechodný domov

16.12.2017 11:00

Veľkí investori zvyšujú svoj záujem o Slovensko. Automobilové koncerny sem presúvajú celú výrobu svojich najprestížnejších alebo najpredávanejších modelov.

virtuálna realita, počítače, program, klávesnica, výpočty, PC, operačný systém, dotykový displej

Vláda USA a AT&T sa nedohodli na prevzatí Time Warner, rozhodne súd

16.12.2017 10:13

Americká vláda a telekomunikačná spoločnosť AT&T sa nedokázali dohodnúť na vyriešení sporu o pláne AT&T na prevzatie mediálnej firmy Time Warner.

Štatistiky blogu

Počet článkov: 103
Celková čítanosť: 178849x
Priemerná čítanosť článkov: 1736x

Autor blogu

Kategórie