3.4.1. Полная энергия. Формула Эйнштейна

Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся полной и наиболее общей характеристикой состояния системы.

Состояние системы определяется ее движением и конфигурацией, т.е. взаимным расположением ее частей. Движение системы характеризуется кинетической энергией K, а конфигурация – потенциальной энергией U.

Полная энергия определяется как сумма

E = K + U + E_внутр, (3.55)

где K – кинетическая энергия тела, движущегося со скоростью относительно неподвижного наблюдателя; U – потенциальная энергия взаимодействия тела с внешними телами (полями); E_внутр – внутренняя энергия тела.

Кинетическая и потенциальная энергии в сумме составляют механическую энергию.

Наблюдатель, относительно которого тело движется (рис. 3.26), измеряет

Е_мех = K + U. (3.56)

Рис. 3.26. К определению механической энергии

Наблюдатель в системе центра масс (С) измеряет лишь Е_внутр (рис. 3.27).

Рис. 3.27. К определению внутренней энергии

Формула Эйнштейна для полной энергии свободной частицы:

Е = mc². (3.57)

Здесь не рассматривается взаимодействие частицы с внешними силовыми полями – т.е. в понятие полной энергии не входит потенциальная энергия частицы во внешнем силовом поле.

В системе центра масс m = m₀ – масса покоя, а

Е = Е₀ = m₀c². (3.58)

– энергия покоя.