Energie

Energie en Relativiteit
1 / 23
volgende
Slide 1: Tekstslide
NatuurkundeMiddelbare schoolvwoLeerjaar 5

In deze les zitten 23 slides, met tekstslides.

time-iconLesduur is: 60 min

Onderdelen in deze les

Energie en Relativiteit

Slide 1 - Tekstslide

Kinetische energie
Karen en Juan hebben ruzie over de enorme tassencollectie van Karen. Plots rijdt er een vrachtwachten met Gucci-tassen langs met een snelheid van 1/5 c.

Karen besluit dat het beroven van deze vrachtwagen een goede aanvulling op haar collectie zal geven.

Slide 2 - Tekstslide

Kinetische energie
Een vrachtwachten met Gucci-tassen rijdt met een snelheid van 1/5 c. Karen springt in haar opgevoerde Kia Picanto en zet de achtervolging in met een snelheid van 3/10 c.

Hoe groot is de kinetische energie van de vrachtwagen volgens Karen? En volgens Juan?

Slide 3 - Tekstslide

Kinetische energie (Juan)
Een vrachtwachten met Gucci-tassen rijdt met een snelheid van 1/5 c. Karen springt in haar opgevoerde Kia Picanto en zet de achtervolging in met een snelheid van 3/10 c.
Ekin,Juan=21mv2=21m251c2=501mc2

Slide 4 - Tekstslide

Kinetische energie (Karen)
Een vrachtwachten met Gucci-tassen rijdt met een snelheid van 1/5 c. Karen springt in haar opgevoerde Kia Picanto en zet de achtervolging in met een snelheid van 3/10 c.
Ekin,Karen=21mv2=21m(dtbdx)2=21m(γdtedx)2=(γ21)Ekin,Juan

Slide 5 - Tekstslide

Kinetische energie
Conclusie:
Kinetische energie berekenen op de manier zoals we die al kenden werkt niet bij speciale relativiteitstheorie.

Dit komt o.a. door tijdrek.

Slide 6 - Tekstslide

Relativistische energie
We moeten dus de energie opnieuw defineren, rekening houdend met effecten als tijdrek.

Slide 7 - Tekstslide

Relativistische energie
We moeten dus de energie opnieuw defineren, rekening houdend met effecten als tijdrek.

Voorheen zagen we dat we de tijd konden 'corrigeren' door de gammafactor te introduceren.

Slide 8 - Tekstslide

Relativistische energie
In relativiteitstheorie wordt de totale energie gegeven door:


Dit heet ook wel de relativistische energie.
Etot=γmc2

Slide 9 - Tekstslide

Relativistische energie
In relativiteitstheorie wordt de totale energie gegeven door:

De gammafactor hangt af van de snelheid waarmee het voorwerp beweegt t.o.v. een waarnemer.
Er gebeurt iets interessants als deze snelheid 0 is. Bereken de totale energie bij deze snelheid.
Etot=γmc2

Slide 10 - Tekstslide

Relativistische energie
De gammafactor hangt af van de snelheid waarmee het voorwerp beweegt t.o.v. een waarnemer.
Als v = 0, is de gammafactor gelijk aan 1. Met andere woorden, bij een stilstaand voorwerp is de totale energie gelijk aan:

Dit is de rustenergie van het voorwerp.
Etot=mc2

Slide 11 - Tekstslide

Relativistische energie
Bij een stilstaand voorwerp is de energie gelijk aan:


Volgens deze vergelijking is massa een vorm van energie!
E0=mc2

Slide 12 - Tekstslide

Relativistische energie
Bij een stilstaand voorwerp is de energie gelijk aan:


Dit kun je herschrijven naar:                          

Bij relativiteitstheorie en deeltjesfysica (volgend jaar) gebruiken we vaak 'natuurlijke eenheden', waarin c =1.
E0=mc2
m=c2E0

Slide 13 - Tekstslide

Relativistische energie
Dit kun je herschrijven naar:                          

Bij relativiteitstheorie en deeltjesfysica (volgend jaar) gebruiken we vaak 'natuurlijke eenheden', waarin c =1.

Bovenstaande formule wordt dan:                    
Je ziet dus vaak de massa in eenheden van MeV.
m=c2E0
m=E0

Slide 14 - Tekstslide

Relativistische energie
     Je ziet dus vaak de massa in eenheden van MeV.
Met behulp van                      kun je dit weer omrekenen naar de SI-eenheden.
me=0,511MeV=0,511106eV1,6021019JeV=0,8191013J
E0=mc2
=(3,0108)20,8191013=9,121031kg
Voorbeeld

Slide 15 - Tekstslide

Relativistische energie
Andere gevolgen van de relativistische energie

Slide 16 - Tekstslide

Relativistische energie
E=mc2
: massa is een vorm van energie.
Dit is waar de energie vandaan komt bij chemische en kernreacties.

Slide 17 - Tekstslide

Relativistische energie
E=mc2
: massa is een vorm van energie.
Dit is waar de energie vandaan komt bij chemische en kernreacties.
Het product van zo'n reactie heeft een kleinere massa dan de reagenten. Het verschil in massa (dit heet ook wel het massadefect) wordt omgezet in energie.

Slide 18 - Tekstslide

Relativistische energie
E=mc2
: massa is een vorm van energie.
Voorbeelden:
Het product van zo'n reactie heeft een kleinere massa dan de reagenten. Het verschil in massa (dit heet ook wel het massadefect) wordt omgezet in energie.
C+O2CO2
D+THe+n
U+nKr+Ba

Slide 19 - Tekstslide

Kinetische energie
We weten nu dat de totale relativistische energie wordt gegeven door                         
En dat objecten een rustenergie hebben van                  

Als er geen verdere bronnen zijn van potentiële energie, kunnen we de kinetische energie dus vinden met:                                                             
Etot=γmc2
E0=mc2
Ekin=EtotE0=γmc2mc2

Slide 20 - Tekstslide

Klassieke mechanica of relativiteitstheorie?
Hoe weet je nu wanneer je relativiteitstheorie moet gebruiken en wanneer je gewoon                          kunt gebruiken?

Dat kun je zien aan de gammafactor (zie figuur D.6 in het boek). Als v<0,25c, is              en kun je de 'klassieke' manier gebruiken.
Ekin=21mv2
γ1

Slide 21 - Tekstslide

Verschil bij 'normale' snelheden
Bereken het procentuele verschil tussen de relativistische en normale kinetische energie van een auto van 1000 kg die met een snelheid van 40 m/s rijdt.
Ekin,rel=γmc2mc2
Ekin=21mv2

Slide 22 - Tekstslide

Zelf aan de slag
Opdrachten 16 t/m 20

Slide 23 - Tekstslide