Come Capire E=mc2

In uno dei rivoluzionari articoli scientifici pubblicati da Albert Einstein nel 1905, venne presentata la formula E=mc², dove "E" indica l'energia, "m" la massa e "c" la velocità della luce nel vuoto.^{[1]XFonte di ricerca} Da allora E=mc² è diventata una delle equazioni più famose al mondo. Anche coloro che non hanno alcuna conoscenza della fisica conoscono questa equazione e sono consapevoli della sua prodigiosa influenza sul mondo in cui viviamo. La maggior parte delle persone non ne coglie tuttavia il significato. In parole semplici, questa equazione descrive la relazione esistente fra l'energia e la materia, facendoci dedurre in sostanza che l'energia e la materia sono interscambiabili.^{[2]XFonte di ricerca} Questa equazione apparentemente così semplice ha cambiato per sempre il modo di considerare l'energia, fornendoci la base per giungere a molte delle tecnologie avanzate di cui disponiamo attualmente.

Parte 1

Parte 1 di 2:

Comprendere l'Equazione

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Definiamo le variabili presenti nell'equazione. Il primo passo per cogliere il significato di qualsiasi equazione consiste nel comprendere che cosa viene rappresentato da ciascuna variabile coinvolta. Nel nostro caso E rappresenta l'energia, m la massa e c la velocità della luce.
- La velocità della luce, c, normalmente viene intesa come costante che assume un valore pari a 3,00x10⁸ metri al secondo. Nell'equazione viene elevata al quadrato, in base alla seguente proprietà principale dell'energia: per muoversi al doppio della velocità di un altro, un oggetto deve utilizzare il quadruplo dell'energia.^{[3]XFonte di ricerca} La velocità della luce viene utilizzata come costante perché trasformando la massa di un oggetto in pura energia quest'ultima si muoverebbe alla velocità della luce.^{[4]XFonte di ricerca}
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Comprendi che cosa si intende per energia. In natura esistono molte forme di energia: termica, elettrica, chimica, nucleare e molte altre.^{[5]XFonte di ricerca} L'energia viene trasferita fra sistemi, cioè viene fornita da un sistema che a sua volta la preleva da un altro. L'unità di misura dell'energia è il joule (J).
- L'energia non può essere creata né distrutta, può solo essere trasformata. Ad esempio, il carbone possiede una notevole quantità di energia che sprigiona sotto forma di calore quando viene bruciato.
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Definiamo il significato di massa. La massa viene generalmente definita come la quantità di materia contenuta in un oggetto.^{[6]XFonte di ricerca}
- Ci sono anche altre definizioni di massa, come la "massa invariante" e la "massa relativistica". La prima è la massa che rimane invariata, non importa quale quadro di riferimento si usi; la massa relativistica, d'altra parte, dipende dalla velocità dell'oggetto. Nell'equazione E=mc², m si riferisce alla massa invariante. Questo è molto importante, perché questo significa che la massa non cresce con la velocità, contrariamente alla credenza popolare.
- È importante comprendere che la massa e il peso di un oggetto sono due grandezze fisiche diverse. Il peso è dato dalla forza di gravità che viene esercitata sull'oggetto, mentre la massa è la quantità di materia presente nell'oggetto. La massa può essere modificata solo alterando fisicamente l'oggetto, mentre il peso varia al variare della forza di gravità esercitata sull'oggetto. La massa si misura in chilogrammi (kg) mentre il peso si misura in newton (N).
- Come nel caso dell'energia, la massa non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata. Ad esempio, un cubo di ghiaccio può fondersi e diventare liquido, ma la massa rimarrà sempre la stessa.
^{[7]XFonte di ricerca} L'equazione in oggetto afferma chiaramente che la massa e l'energia rappresentano la stessa cosa, ed è altresì in grado di fornirci la quantità esatta di energia contenuta all'interno di una determinata massa. In sostanza la formula di Einstein indica che una piccola quantità di massa contiene al suo interno una grande quantità di energia.^{[8]XFonte di ricerca}
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Parte 2

Parte 2 di 2:

Applicazioni dell'Equazione nel Mondo Reale

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Comprendi da dove proviene l'energia che utilizziamo ogni giorno. La maggior parte delle forme di energia consumate nel mondo reale deriva dalla combustione di carbone e gas naturale. Queste sostanze, bruciando, traggono un vantaggio dai loro elettroni di valenza (si tratta degli elettroni collocati nello strato più esterno di un atomo) e dal legame che hanno con gli altri elementi. Quando viene aggiunto calore, questo legame si rompe e l'energia liberata è quella che viene utilizzata per alimentare la nostra società.
- Il metodo con cui si ottiene questo tipo di energia non è efficiente e, come tutti sappiamo, costa molto in termini di impatto ambientale.
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Applichiamo l'equazione più famosa di Einstein per ottenere energia in modo molto più efficiente. La formula E=mc² mostra che la quantità di energia contenuta nel nucleo di un atomo è molto superiore a quella contenuta nei suoi elettroni di valenza.^{[9]XFonte di ricerca} La quantità di energia rilasciata dalla suddivisione di un atomo in parti più piccole è di gran lunga superiore rispetto a quello ottenuta dalla rottura dei legami che trattengono i suoi elettroni
- Il sistema di energia che si basa su questo principio è quello nucleare. In un reattore nucleare si causa la fissione del nucleo (cioè la frammentazione in parti più piccole) per poi incamerare l'enorme quantità di energia rilasciata.
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Scopriamo le tecnologie rese possibili dalla formula E=mc². La scoperta dell'equazione E=mc² ha reso possibile la creazione di nuove tecnologie, molte delle quali sono oggi alla base della nostra vita:^{[10]XFonte di ricerca}
- PET: tecnologia medica che utilizza la radioattività per eseguire una scansione interna del corpo umano.
- La formula della relatività ha permesso di sviluppare le telecomunicazioni satellitari e i veicoli per l'esplorazione spaziale.
- La datazione con il radiocarbonio determina l'età di un oggetto antico sfruttando il decadimento radioattivo basato proprio sull'equazione di Einstein.
- L'energia nucleare è una forma di energia efficiente utilizzata per alimentare la nostra società.
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