Астрофизика — разлика између измена
Садржај обрисан Садржај додат
м Враћене измене 93.87.253.162 (разговор) на последњу измену корисника EmausBot |
Нема описа измене |
||
Ред 13:
{{клица-космос}}
[Astrofizika za početnike
Napravite sljedeći pokus. Tokom sljedećih dana, pitajte razne ljude dali vam mogu reći koja je razlika između 1/4 i 1/5. Postavite pitajte na ležeran način. Mnogi od nas se nerado prisjećaju takvih aritmetičkih problema i često se zbune. No, ako pažljivo postavite pitanje i odaberete širok raspon dobnih skupina, primijetiti ćete, kao što smo mi primijetili, da većina ispitanih nije znala odgovor. A opet, gotovo svaki drugi trinaestogodišnjak će znati razliku između 1/4 i 1/5. To ispitivanje nam pokazuje da većina odraslih ne dijele jednadžbe na taj način pa su naravno zaboravili metodu takvog proračuna.
Sada pokušajte drugi eksperiment. Pokažite ispitanicima jednadžbu e=mc2 i pitajte ih što to znači. Pripremite se za ugodno iznenađenje: Ne samo da puno ljudi zna što znači taj dio fizike, nego čak i uživaju pričati o tome.
Ova jednadžba je svakako najpoznatija u cijeloj fizici. Možemo ju naći u časopisima, stripovima, knjigama, grafitima, posterima i SF romanima. Mnogi ju odmah povezuju sa Albertom Einsteinom i mnogi će reći da ona ima veze sa masom i energijom. A neki će vam čak reći (studenti i učitelji) da je energija jednaka masi i kvadratu brzine svijetlosti. Ono što ljudi znaju o Einsteinu nije dio nastavnog programa i ne uči se u školi.
Albert Einstein (1879-1955)
Međutim, iako je ovo najpoznatija jednadžba u povijesti, na nju se uopće ne gleda kao na jednadžbu. Ona je više postala kao zaštitni znak nauke, na isti način na koji Mercedes postao zaštitni znak kvalitete automobila. Da bismo to vidjeli možemo preraditi jednadžbu u e=c2m i pitati ljude što je to. Drugi način je da ih pitamo da upotrijebe tu jednadžbu. Svakako, jednadžba nije nikada prikazana kao:
Energija (jouli) = masa (kilogrami) X kvadrat brzine svijetlosti (metri na kvadrat po sekundama na kvadrat)
Možda zbog toga mnogi koji nam ponosno kažu "energija je jednaka masi puta kvadratu brzine svijetlosti", pocrvene kada ih pitamo: "Ok, onda koliko energije će imati litra vode ako ju potpuno pretvorimo u energiju ?". Očito je da je poznavanje jednadžbe jedno, a njena upotreba drugo - dakle namijenjena je stručnjacima. Prihvaćanje ovakve kontradikcije nije njihova krivnja. Mnogo nauke se nauči samo po pamćenju.
Pa ipak, šteta je što učenici nemaju priliku koristiti ovu jednadžbu. Elegantna je i jako snažna. A pomaže im da odgovore na egzotična pitanja.
Krenimo redom. Svakako najznačajnije otkriće stoljeća je da su materija i energija dvije forme iste stvari. Niti jedna se ne može uništiti a pod specijalnim okolnostima, jedna se može pretvoriti u drugu. Ovo je svakako važno. Sva energija u svemiru nastala je od čiste energije u periodu od 700,000 godina nakon Velikog Praska. A danas zvijezde sjaje zato što se materija u njihovim centrima pretvara natrag u energiju. I anhilacija materije u energiju i kondenzacija materije iz energije su demonstrirane u laboratorijima.
Svakako najzanimljivije u cijeloj stvari je da nam ova jednostavna jednadžba pokazuje točno koliko energije se nalazi u određenoj količini mase. Napišimo na komad papira e=mc2. Odmah ispod napišimo:
Energija (jouli) = masa (kilogrami) X brzina svijetlosti na kvadrat (metri na kvadrat po sekundama na kvadrat)
Nas zanima koliko se energije nalazi u jednoj litri vode ako se cijela masa pretvori u energiju. Počnimo sa brzinom svijetlosti. Kako brzina svijetlosti iznosi 300 000 000 metara u sekundi, sada možemo napisati:
energija = masa X (300,000,000)2 ili e = m (3 x 108)2
Izostavimo sada jedinice, iako ih ne smijemo zaboraviti na kraju. Sljedeći zadatak je dobiti kvadrat brzine svijetlosti. To će nam dati još veći broj. Kada to izračunamo jednostavnim pritiskom na tipku kalkulatora dobijemo:
e = m (90,000,000,000,000,000) ili e = x (9 X 1016)
Sada je masa na redu. Ona se naravno izražava u kilogramima, a kako je jedna litra vode definirana masom od jednog kilograma, tada znamo da masa iznosi 1 kg. Jednadžba tada postaje:
e = 1 (9 x 1016) ili e = 9 x 1016 joulea
To je sve. To je odgovor. Kvadriramo brzinu svijetlosti u metrima po sekundi i dobijemo energiju proizvedenu iz kilograma mase. Zamjenom vrijednosti mase možemo izračunati ekvivalentnu energiju za bilo što (od hot-doga do Sunca).
Problem je naravno znati što taj odgovor znači. Energiju dobivamo u jouleima a zapravo malo ljudi točno zna što je to. No trebali bi, jer joule je jako opažajna mjera. Joule je rad potreban da se pomakne jedan kilogram na udaljenost od jednog metra pri akceleraciji od jednog metra u sekundi na kvadrat. Da biste shvatili što je to, primite bocu ispunjenu litrom vode i podignite (bacite) ju deset centimetara u zrak. Upravo ste potrošili jedan joule. Evo još nekih primjera.
Kod sitnih veličina:
prekidanje veze u ljudskoj DNA traži 10-20 joulea
pobuđeni neuron neuron traži 10-9 joulea
za skok, buba mara traži 10-7 joulea
Kod ljudskih mjerila:
bacanje lopte iz skoka sa linije slobodnih bacanja, traži 15 joulea
zalet kod bacanja kugle u kuglani, traži 230 joulea
Kod planetarnih mjerila:
najjača hidrogenska bomba ikad testirana oslobodila je 2.4 x 1017 joulea
tipični uragan iznosi oko 3.8 x 1019 joulea
Kod astronomskih mjerila:
supernova oslobađa oko 1044 joulea
neke procjene energije oslobođene Velikim Praskom iznose 1068 joulea
Joule koji se kontinuirano troši jednu sekundu, naziva se Watt. To znači da bismo iz jedne litre vode, pretvorene u energiju, žarulju od 1 watta mogli pogoniti 9 x 1016 ili 2.5 x 1013 sati. Naravno, kada bismo uzeli žarulju od 100 watta ona bi gorila samo 2.5 x 1011 sati ili bi možda bilo zanimljivije uzeti 1011 žarulja koje bi gorile dva i pol sata. Razumno je da se pitamo, koliko bi bilo veliko područje kada bismo htjeli posložiti sve te žarulje.
Dodijelimo područje od 10x10 cm po svakoj žarulji. Takvim rasporedom smještaja žarulja, napravili bismo kvadrat veličine stranice trideset i jednog kilometra.
Ovo što smo napravili bila je aritmetika. Ali po pitanju znanosti, što bi se dogodilo kada bismo uključili sve te svjetiljke da gore dva i pol sata ?
Dali bi došlo do eksplozije ? Količina oslobođene energije bila bi nešto manja od desetine energije oslobođene u enormnim testovima hidrogenskih bombi tokom ranih šezdesetih. Međutim, područje na kojemu oslobađamo energiju mnogo je veće i oslobađamo ju tokom dužeg vremena.
Dali bi možda stvorila tornado ? Oslobađamo manje od jedne stotinke energije tipičnog uragana, ali uragani se pružaju na jako velikom području i treba im tjedan dana da se otpušu sami sebe. Mi vršimo oslobađanje energije na relativno malom području u manje od tri sata. Ili bi pak većina energije pobjegla kroz vedro nebo u svemir kao svijetli signal ? Ovakva pitanja su upravo sama srž znanosti.
Inače, postoji i direktan odnos između kalorija hrane i energije. Jedan joule jednak je količini hrane od četiri kalorije. Naravno osim ovakvih proračuna, možemo raditi o one ozbiljne. Uz pomoć matematike možemo ustanoviti koliko nam je mase potrebno da namirimo potražnju za određenom količinom energije. Jednadžba sada izgleda m = e / c2. Primjerice, ako znamo da Sunce emitira 4 x 1026 joulea u sekundi, koliko mase ono pretvori svake sekunde kako bi moglo gorjeti ? Ako znamo da je Sunce staro 5 x 109 godina (1.6 x 1017 sekundi), koliko mase je potrošilo do sad ?
Zapravo nije ni bitno što računamo. I nije bitno dali su udaljenosti i količine točne. Bitno je da kroz zabavu sa tom jednadžbom ustanovimo da je ona lako obradiva, pristupačna i mnogo više od zaštitnog znaka za znanost
[Категорија:Астрофизика|*]]
[[af:Astrofisika]]ur:فلکی طبیعیات]]
[[diq:Fizikê Asmêni]]
[[zh:天体物理学]]
| |||