Определение массы покоя тела

Покоящееся тело имеет определен ную массу то, называемую массой покоя. Масса покоя - масса тела в системе отсчета, относительно которой тело покоится.

Чем больше масса тела, т. е. чем более оно инертно, тем сильнее тело сопротивляется изменению движения. При этом в отсутствии сил, препятствующих движению, сопротивление движению характеризуется только массой тела.

Согласно результатам теории относи тельности, это сопротивление растет не только при росте мас сы покоя, но и при увеличении скорости тела.

Зависимость массы тела от скорости: т = т о / √'76 1- V 2 /C2.

На первый взгляд эта формула неприменима к частицам, движущимся со скоростью света. При мером такой частицы является фотон - переносчик света. Действительно, при v = с знаменатель обращается в нуль и создается впечатление, что масса фотона стремится к бесконечности. Из эксперимента массу фотона можно рассчитать по искривлению траектории светового луча вблизи массивной звезды (Солнца) вследствие гравитационного притяжения фотонов луча к звезде.

Солнце является как бы гигантской гравитаци онной линзой, изменяющей ход светового луча. Гравитационная сила притяжения фотона к звезде пропорциональна его массе, поэтому искривление траектории светового луча зависит от массы фотона. Наблюдения траектории луча, идущего от отдаленной звезды, проводятся во время солнечных затмений, чтобы устранить прямую за светку приемника от солнечного излучения. Расчеты показывают, что масса фотона конечна.

Mасса фотона может быть конечной только тогда, когда и числитель и знаменатель обращаются в нуль одновременно, т. е. когда то = О. Фотон не имеет массы покоя, так как он никогда не существует в состоянии покоя, постоянно двигаясь со скоростью с. Bозникает математическая неопределенность: т= о

Подобная «странная. дробь может иметь конечное значение. Рассмотрим пример такой дроби .

При малых х (х →'3e О) знаменатель дроби стремится к нулю. Однако к нулю стремится и числитель. При х →'3e О sin 2х = 2х. Тогда ь = 2

Видно, что в рассмотренном случае Ь имеет конечное значение.

Масса и энергия . Чем больше масса и энергия тела, тем труднее изменить характер его движе ния. Для увеличения за определенное время скорости неподвижного сначала ящика, наполненного покоящимися шарами, требуется определенная мощность. Если шары в ящике будут двигаться во всех направлениях со скоростью, близкой к скорости света, то для аналогичного разгона ящика пот ребуется большая мощность. Возросшая кинетическая энергия шаров усиливает сопротивление движению ящика.

Cогласно теории относительности энергия тела пропорциональна его массе: E = mc 2.

Классическая механика разделяет и определяет два различных вида материи: вещество и поле. Необходимым атрибутом вещества является. масса, а поля - энергия. Соответственно существуют два закона сохранения: заkон сохранения массы и заkон сохранения энергии. Согласно теории относительности нет существенного различия между массой и энергией.

Вещество имеет массу и обладает энергией; поле и меет энергию и обладает массой.

Вместо двух законов сохранения есть только один: закoн сохранения массы энергии. Трудность формулировки этого закона в классической физике связана с тем, что энергии, с которой мы имеем дело в реальной жизни, соответствует очень малая масса. Согласно равенству т = с 2 .

Характерному диапазону энергии (1-1000) Д ж, с которым мы имеем дело в повседневной жизни, как видно из последнего соотношения, соответствует очень малая масса: от 10-17 кг до 10-14 кг. Естественно, что при использовании закона сохранения массы в классической физике масса, соответствующая этому диапазону энергии, оказывалась незамеченной. По этой причине классическая физика не зафиксировала взаимосвязь между веществом и полем (между массой и энергией).

Макроскопическая масса является очень крупной энергетической характеристикой. Массе покоя 1 г, согласно равенству , соответствует энергия 9 '1013 Дж. Такая энергия выделяется при взрыве атомной бомбы. Ее хватило бы для превращения 30 000 т воды в пар.

Излучение Солнца и звезд имеет энергию и, значит, массу. Излучая энергию, Солнце и звезды теряют массу.

Изменение массы ∆ т пропорционально изменению энергии ∆ E: ∆ m = ∆ E / c 2 .

Поэтому раскаленный образец вещества имеет большую массу, чем холодный. Однако это изменение массы практически не возможно обнаружить взвешиванием даже на очень чувствительных весах из-за большой величины коэффициента с2 в знаменателе.