Equivalência energética em massa

Equivalência massa-energia

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Albert Einstein

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E = mc^2\,

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Em física, a equivalência massa-energia é o conceito de que qualquer massa possui uma energia associada e vice-versa. Na relatividade especial, essa relação é expressa pela fórmula de equivalência massa-energia

E = mc^2\,

onde

E = energia,

m = massa,

c = a velocidade da luz no vácuo,

Nesta fórmula, da autoria de Albert Einstein, c, o valor da velocidade da luz no vácuo, realiza a conversão de quilogramas para joules (já que as grandezas de massa e energia são diferentes).

Muitas definições de massa na relatividade especial podem ser validadas usando-se esta fórmula, mas se a energia na fórmula é a energia de repouso, então a massa será a massa de repouso.

Em termos simples, E (Joules) = m (quilogramas) · 299792458 (metros/segundo)².

A fórmula é atribuída a Albert Einstein, que a publicou em 1905 no artigo 1905 "Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? (A inércia de um corpo depende da sua quantidade de energia?)", um dos seus artigos do Annus Mirabilis.1 Apesar de Einstein não ter sido o primeiro a propor a relação entre massa e energia, e várias fórmulas similares aparecerem antes da teoria de Einstein, ele foi o primeiro a propor que a equivalência da massa e energia é um princípio geral que é uma consequência das simetrias do espaço e tempo.

Em 20 de novembro de 2008, uma equipe internacional de fisicos do Centro de Física Teórica de Marselha, com o auxílio do supercomputador Blue Gene, confirmou pela primeira vez na prática, que a massa do próton provém da energia liberada por quarks e glúons, provando que a massa provém da energia, conforme teorizado por Einstein há mais de cem anos: E=mc².2

Índice [esconder]

1 Conservação de massa e energia

1.1 Altas velocidades

2 Significados da fórmula de equivalência massa-energia

3 História e consequências da descoberta da equivalência massa-energia

4 Exemplos práticos

5 Embasamento e consequências

5.1 Massa relativística

5.2 Aproximação para baixas velocidades

6 Einstein e seu artigo de 1905

7 Outras contribuições

8 Derivação

9 Ver também

10 Referências

11 Ligações externas

Conservação de massa e energia[editar | editar código-fonte]

O conceito da equivalência massa-energia une os conceitos de conservação da massa e conservação da energia. O inverso também é válido, energia pode ser convertida em partículas com massa de repouso. A quantidade total de massa e energia em um sistema fechado permanece constante. Energia não pode ser criada nem destruída, e em qualquer forma, energia acumulada exibe massa. Na Teoria da Relatividade, massa e energia são duas formas da mesma coisa, e uma não existe sem a outra.

Altas velocidades[editar | editar código-fonte]

Escultura da fórmula 'E=mc²' postulada por Albert Einstein em 1905, Walk of Ideas 2006, Alemanha

Um objeto a altas velocidades, próximo da velocidade da luz não pode ser acelerado até, ou mais do que, a velocidade da luz, não importando quanta energia é transferida ao sistema. Como uma força constante é aplicada no objeto e portanto trabalho é feito sobre ele, sua velocidade não aumentará pela quantidade especificada pela fórmula da energia cinética Ecinética = 1/2 mv². Ao invés, a energia provida para isto continua a aparecer como massa, mesmo que a taxa de aumento de velocidade pare. A massa relativística do objeto aumenta, no que é conhecido como dilatação da massa. A massa relativística de um objeto é expressa em função de sua velocidade relativa em relação à velocidade da luz.

A massa relativística que aparece associado com um único objeto movendo-se em alta velocidade é uma quantidade dependente do observador, e a parte dela que é associada com a energia cinética de um objeto único é só tão dependente do observador quanto a energia cinética deste. Neste caso, pode-se fazê-la desaparecer com a escolha de um referencial inercial. Esta escolha é o referencial no qual o objeto está parado. Por esta razão, a massa na relatividade especial é geralmente escolhida para ser a massa de repouso, que é a quantidade que não depende do referencial. Em outras palavras, não há parte da massa de repouso para objetos isolados que dependa da energia cinética, desde que esta quantidade esteja definidade como a massa num referencial inercial onde objetos não estão se movendo, e sua energia cinética seja zero.

Em sistemas de objetos, diferentemente,