Relatività ristretta.

 

Albert%20Einstein%20con%20nome.jpgE = mc2 è un’equazione fisica che stabilisce una relazione tra l’energia (E) e la massa (m) di un sistema fisico.

Questa formula suggerisce che quando un corpo è a riposo ha ancora dell’energia sotto forma di massa, al contrario di quanto proposto dal sistema Newtoniano secondo il quale un corpo libero fermo non ha energia. Per questa ragione la quantità mc2 è a volte chiamata energia a riposo del corpo. La E della formula può essere vista come l’energia totale del corpo, che è proporzionale alla sua massa solo se il corpo è a riposo.

 

Da un altro punto di vista, una nuvola di fotoni che viaggia all’interno di uno spazio vuoto, con ogni fotone privo di massa a riposo, ha comunque una massa propria, dovuta alla sua energia cinetica.

 

La formula E = mc2, propria della teoria della relatività ristretta, è sicuramente una delle formule fisiche più famose grazie alla sua semplicità. In sostanza, la formula prende in considerazione:

E rappresenta l’energia, espressa in joule (= N·m = W·s = kg· m²/s²);

m rappresenta la massa, espressa in chilogrammi (kg);

c rappresenta la velocità della luce, espressa in m/s (299 792,458 km/s, generalmente approssimata a 300 000,000 km/s). Pertanto c2 = 9 × 1016 m²/s².

 

Diventa quindi facile capire come massa ed energia si equivalgano e come esse siano due facce della stessa medaglia. In sostanza la massa, che è energia estremamente concentrata, scompare quando compare energia e viceversa. In particolare se un corpo assorbe una quantità di energia E la sua massa non si conserva ma aumenta della quantità E/c2; viceversa la massa del corpo diminuisce se perde energia, per esempio emettendo luce.

 

L’enorme fattore di conversione (c2 = 90 000 000 000 000 000) che lega la massa e l’energia spiega come concentrando un grosso quantitativo di energia (= mc2) si possa creare una piccola quantità di materia (massa), e anche come partendo da una piccolissima massa (= E/c2) si possa ottenere un grandissimo quantitativo di energia.

 

La teoria della relatività ci fornisce, quindi, un’altra sorpresa: poiché la massa non è altro che una forma di energia, essa non si conserva separatamente, ma si aggiunge all’energia cinetica e all’energia potenziale nell’enunciare la conservazione dell’energia meccanica.

 

[…] Utilizzando l’energia nucleare la resa aumenta, ma in una comune bomba atomica, ad esempio, viene convertito in energia solo lo 0,5% della massa totale del materiale fissile.

 

Se fosse possibile convertire per intero la massa in energia, i problemi energetici che oggi fanno tanto discutere sarebbero senza alcun dubbio risolti. Basti pensare che un solo grammo di materia equivale a 90 000 miliardi di Joule (9 × 1013 J = 90 000 000 MJ = 90 000 GJ = 90 TJ). Poiché 1 kWh = 3,6 × 106 Joule = 3 600 000 Joule, un grammo di materia equivale a 25 000 000 kWh (= 25 000 MWh = 25 GWh).

 

La conversione di un chilogrammo di materia (equivalente a 90 000 TJ, ossia a 25 miliardi di kWh = 25 000 000 MWh = 25 000 GWh = 25 TWh) coprirebbe, in pratica, il consumo mensile di energia elettrica in Italia, che nel 2004 è stato in media di 25 374 GWh (nell’intero anno 2004 è stato di 304 490 GWh).

 

L’equivalenza massa – energia ha dimostrato la sua straordinaria potenza, anche con le bombe atomiche. La bomba di Hiroshima era di 13 kilotoni, che equivalgono a 54,6 TJ (13 × 4,2 × 10¹² J); ma questa energia rappresenta soltanto il 60% di quella che sarebbe sprigionata dalla conversione di un solo grammo di materia (90 TJ).

 

Il fenomeno della completa e immediata conversione della materia in energia potrebbe verificarsi soltanto nel caso in cui la materia entrasse in contatto con l’antimateria. Fortunatamente l’antimateria non è presente vicino alla terra in natura (es. l’anti-idrogeno), altrimenti tutto quello che ne entrerebbe in contatto verrebbe annichilito. La conversione della materia in energia, salvo questo caso, non è mai immediata, mentre è in molti casi completa: in una centrale nucleare la quantità di uranio rilevabile dopo la reazione a catena è esattamente pari all’energia prodotta. Successivamente, intervengono dispersioni in calore ed entropia, ma la reazione a catena è una trasformazione a rendimento unitario.

 

Da sottolineare che l’equazione di Einstein è valida ed è stata verificata sia nei fenomeni fisici macroscopici, come ad esempio nel caso dell’energia solare, sia a livello subatomico (fisica quantistica) nelle collisioni tra particelle elementari (elettroni, protoni e neutroni) che generano nuove particelle aventi complessivamente la stessa energia (massa), nonché negli urti tra fotoni da cui scaturiscono coppie elettrone-positrone, che, in tempi infinitesimali, si annichiliscono tra loro trasformandosi nuovamente in fotoni (energia).

 

[Wikipedia E = mc2 , Significato della formula]

 

Massimo

 

 

Relatività ristretta.ultima modifica: 2009-12-11T14:27:00+00:00da cat-max
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