高校物理

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5分でわかる!質量とエネルギーの等価関係

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この動画の要点まとめ

ポイント

質量とエネルギーの等価関係

高校物理 原子15 ポイント2 全部 空欄埋める

これでわかる!
ポイントの解説授業
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いよいよ、 「質量とエネルギーは同等である」 とするアインシュタインの理論を解説していきたいと思います。

反応前後の質量が一致しない!?

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まずは下の原子核反応の式を見てください。

高校物理 原子15 ポイント2 上の式

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ウランに中性子を当てたところ、原子核反応によってバリウムとクリプトンと3つの中性子が発生しました。反応前後の原子番号Zと質量数Aに変化はありませんね。

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しかし、 反応前後の質量 に注目してみると、意外な結果が現れます。反応前の質量の合計をm1[kg]、反応後の質量の合計をm2[kg]としましょう。すると、実はこの核反応では質量が一致せず、m1>m2となり、 反応後に質量が減ってしまう のです。

減った質量がエネルギーになる

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では減った質量はどこにいったのでしょうか?実は、この核反応では、反応後に莫大なエネルギーが生まれるのです。

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核反応で生まれたエネルギーをE、反応による質量の減少をm1−m2=mとするとき、エネルギーEと質量mの間に次の関係式が成り立つことを、アインシュタインは示しました。

高校物理 原子15 ポイント2 クマさんのまとめ 空欄埋める

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原子核反応によって生まれたエネルギーEが、質量mに光速cの2乗をかけたものになる と示したのです。これを 質量とエネルギーの等価関係 と言います。 減った質量がすべてエネルギーに変化するので、根本的に質量とエネルギーは同じ価値を持つことを表している のですね。

高校物理 原子15 ポイント2 クマさんのまとめ 空欄埋める

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光速cは3.0×108[m/s]という大きな値です。光速を2乗すると非常に大きい値となるため、質量の変化が微量でも 発生するエネルギーは桁違いに大きい ということがわかりますね。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

質量とエネルギーの等価関係
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