بچههای کنجکاو: انرژی از چه چیزی ساخته شده است؟
انرژی از چه چیزی ساخته شده است؟ – الا، 8 ساله، ملبورن
سلام الا! چه سوال خوبی!
برای دانشمندان، انرژی واقعاً یک چیز نیست و بنابراین از چیز دیگری ساخته نشده است، همانطور که یک خانه از آجر ساخته شده است.
انرژی بیشتر شبیه یک ظرفیت است. ظرفیت توانایی انجام کاری است.
انرژی و کار
به یک نوازنده فکر کنید: آنها ظرفیت نواختن یک ساز را دارند. یک نقاش ظرفیت نقاشی کردن را دارد.
انرژی ظرفیت کاری برای انجام کار است.
وقتی چیزی به جسم دیگر نیرو وارد میکند و جسم را به سمت حرکت در جهت خاصی سوق میدهد، کار میکند.
معنی آن چیست؟ خوب، تصور کنید کسی توپی را به سمت شما پرتاب کند و شما با چوب به آن ضربه بزنید. وقتی چوب به توپ برخورد میکند، سرعت و جهت توپ را تغییر میدهد.
انرژی ظرفیتی است که چوب چوگان برای تغییر جهت توپ دارد. هنگامی که چوب در حال چرخش است، میتواند جهت هر توپی را که برخورد کند تغییر دهد.
هنگامی که چوب را تاب میدهید، انرژی ذخیره شده در عضلات خود را در آن قرار میدهید. هرچه بیشتر آن را تاب دهید، چوب میتواند کار بیشتری انجام دهد، بنابراین انرژی بیشتری حمل میکند.
انواع انرژی
راههای زیادی برای انجام کاری وجود دارد، بنابراین انواع مختلفی از انرژی وجود دارد.
ما قبلاً با یکی از آنها روبرو شدهایم: تاب خوردن چوب. این انرژی، انرژی جنبشی نامیده میشود. این انرژی است که چیزی دارد زیرا در حال حرکت است.
نوع دیگر انرژی، انرژی پتانسیل است. انرژی بالقوه ظرفیتی است که چیزی برای انجام کار به دلیل موقعیتش در ارتباط با اجسام دیگر دارد.
این بدان معناست که قرار دادن چیزها در مکانهای خاص به آنها انرژی میدهد.
در اینجا یک مثال جالب وجود دارد: تصور کنید یک سطل آب روی دری که نیمه باز است قرار دهید. وقتی کسی از در عبور میکند، سطل روی سرش میافتد.
از آنجا که سطل بالای در است، ممکن است سقوط کند و وقتی میافتد، میتواند کارهایی انجام دهد. نه تنها هر کس را که از در رد میشود خیس میکند، بلکه به سر او نیز ضربه میزند.
بنابراین سطل ظرفیت انجام کار را فقط به این دلیل دارد که بالای در قرار میگیرد و نه به این دلیل که حرکت میکند. این ظرفیت، انرژی بالقوه سطل است.
معادله معروف اینشتین
فیزیکدان معروف آلبرت اینشتین معادلهای در مورد انرژی ایجاد کرد که ممکن است قبلاً آن را دیده باشید: E = m c ².
در این معادله، E برای انرژی، m برای جرم (که تقریباً چقدر ماده یا مواد فیزیکی در چیزی است) و c به معنای سرعت نور است.
چیزی که به نظر میرسد معادله میگوید این است که انرژی برابر است با جرم ضربدر یک عدد. پس آیا انرژی از چیزی ساخته نشده است؟
نه کاملاً، زیرا برخی از چیزهای بدون جرم هنوز هم میتوانند انرژی داشته باشند. مثلا نور. ما میدانیم که انرژی دارد زیرا انرژی نور را در صفحات خورشیدی میگیریم و آن را به برق تبدیل میکنیم.
اما نور از ذرات ریزی به نام فوتون ساخته شده است و فوتونها جرمی ندارند.
بنابراین، اگر انرژی از جرم تشکیل میشد، نور اصلاً انرژی نداشت! این یک معما از انرژی خورشیدی خواهد بود.
همانطور که پیداست، حتی اگر نور جرمی ندارد، چیزی به نام تکانه دارد که به آن ظرفیت انجام کار میدهد.
جرم، انرژی و تکانه
نسخه پیچیدهتری از معادله اینشتین وجود دارد که نشان میدهد انرژی چگونه با جرم و تکانه مرتبط است.
نور به قدری سریع است که از خورشید تا زمین را در کمتر از 8 دقیقه طی می کند. Shutterstock
یک چیز مهم که باید بدانید این است که نور بسیار سریع حرکت میکند. از آنجایی که مقدار انرژی در یک چیزی به ضرب جرم آن در مجذور سرعت نور بستگی دارد، یعنی مقدار کمی از ماده حامل انرژی زیادی است!
نور تقریباً 300 میلیون متر را در یک ثانیه طی میکند، یعنی یک کیلوگرم جرم معادل تقریباً نه کوینتیلیون ژول انرژی است! این عدد 9 با 18 صفر بعد از آن است: 9,000,000,000,000,000,000.
ترفند آزاد کردن این ظرفیت است. در واقع بمبهای هستهای (و انرژی هستهای) اینگونه عمل میکنند: آنها انرژی جذب شده در ماده را برای ایجاد یک اثر عظیم آزاد میکنند.
مترجم: مرتضی نادریفرد
منبع:
Curious Kids: what is energy made of?
Author Sam Baron Associate professor, Australian Catholic University
https://theconversation.com/curious-kids-what-is-energy-made-of-169940