Uno dei grandi principi che definiscono la fisica è che molte delle sue proprietà più importanti obbediscono senza sosta a un principio importante: in condizioni facilmente specificabili, sono conservate Quattro quantità comuni in fisica sono caratterizzate dall'avere leggi di conservazione che si applicano a loro. Questi sono energia La legge di conservazione della massa afferma che, in un sistema chiuso (compreso l'intero universo), la massa non può essere né creata né distrutta da cambiamenti chimici o fisici. In altre parole, la massa totale è sempre conservata. La massima sfacciata "Ciò che entra, deve venire fuori!" sembra essere un vero e proprio truismo scientifico, poiché nulla è mai stato dimostrato che svanisca semplicemente senza alcuna traccia fisica. Tutti i componenti di tutte le molecole in ogni cellula della pelle che tu abbia mai versato, con il loro ossigeno esistono ancora idrogeno, azoto, zolfo e atomi di carbonio. Proprio come lo spettacolo di fantascienza misteriosa The X-Files Potrebbe essere chiamato invece "la legge di conservazione della materia" perché, in assenza di gravità, non c'è nulla di speciale al mondo su oggetti particolarmente "massicci"; segue ancora questa importante distinzione, poiché la sua rilevanza è difficile da sopravvalutare. La scoperta della legge di conservazione della massa fu fatta nel 1789 dallo scienziato francese Antoine Lavoisier; altri avevano avuto l'idea prima, ma Lavoisier fu il primo a dimostrarlo. All'epoca, gran parte della credenza prevalente in chimica sulla teoria atomica proveniva ancora dagli antichi Greci, e grazie a idee più recenti , si pensava che qualcosa nel fuoco (" phlogiston Lavoisier ha riscaldato l'ossido mercurico e ha osservato che la quantità ridotta del peso della sostanza chimica era uguale al peso del gas ossigeno rilasciato nella reazione chimica. Prima che i chimici potessero tenere conto delle masse di cose che erano difficili da rintracciare, come il vapore acqueo e i gas in traccia, non potevano testare adeguatamente tutti i principi di conservazione della materia anche se sospettavano tali leggi erano effettivamente in funzione. In ogni caso, ciò ha portato Lavoisier a dichiarare che la materia deve essere conservata nelle reazioni chimiche, il che significa che la quantità totale di materia su ciascun lato di un'equazione chimica è la stessa. Ciò significa che il numero totale di atomi (ma non necessariamente il numero totale di molecole) nei reagenti deve essere uguale alla quantità nei prodotti, indipendentemente dalla natura del cambiamento chimico. Una difficoltà che le persone possono avere con la legge di conservazione della massa è che i limiti dei tuoi sensi rendono alcuni aspetti della legge meno intuitivi. Ad esempio, quando mangi una libbra di cibo e bevi una libbra di liquido, potresti pesare le stesse sei ore dopo anche se non vai in bagno. Ciò è in parte dovuto al fatto che i composti di carbonio negli alimenti vengono convertiti in anidride carbonica (CO 2) ed espirati gradualmente nel vapore (solitamente invisibile) nel respiro. Al suo interno, come concetto di chimica, la legge di conservazione della massa è parte integrante della comprensione della scienza fisica, compresa la fisica. Ad esempio, in un problema di momentum sulla collisione, possiamo supporre che la massa totale nel sistema non sia cambiata da ciò che era prima della collisione a qualcosa di diverso dopo la collisione perché la massa - come il momento e l'energia - è conservata. La legge di conservazione dell'energia afferma che l'energia totale di un sistema isolato non cambia mai e che può essere espressa in vari modi. Uno di questi è KE (energia cinetica) + PE (energia potenziale) + energia interna (IE) \u003d una costante. Questa legge deriva dalla prima legge della termodinamica e assicura che l'energia, come la massa, non possa essere creata o distrutta. Momento (mv) e momento angolare (L \u003d mvr) sono anche conservati in fisica e le leggi pertinenti determinano fortemente gran parte del comportamento delle particelle nella meccanica analitica classica. Il riscaldamento del carbonato di calcio o CaCO < sub> 3, produce un composto di calcio mentre libera un gas misterioso. Supponiamo che tu abbia 1 kg (1.000 g) di CaCO 3 e scopri che quando questo viene riscaldato, rimangono 560 grammi del composto di calcio. Qual è la probabile composizione del rimanente prodotto chimico di calcio sostanza e qual è il composto che è stato liberato come gas? Innanzitutto, poiché si tratta essenzialmente di un problema di chimica, dovrai fare riferimento a una tavola periodica degli elementi (vedi Risorse per un esempio). Ti viene detto che hai i primi 1.000 g di CaCO 3. Dalle masse molecolari degli atomi costituenti nella tabella, vedi che Ca \u003d 40 g /mol, C \u003d 12 g /mol e O \u003d 16 g /mol, rendendo la massa molecolare del carbonato di calcio nel suo complesso 100 g /mol (ricorda che ci sono tre atomi di ossigeno in CaCO 3). Tuttavia, hai 1.000 g di CaCO 3, che è 10 moli della sostanza. In questo esempio, il prodotto del calcio ha 10 moli di atomi di Ca; poiché ogni atomo di Ca è 40 g /mol, si dispone di 400 g di Ca totale che si può presumere che sia rimasto dopo il riscaldamento del CaCO 3. Per questo esempio, i restanti 160 g (560 - 400) del composto post-riscaldamento rappresentano 10 moli di atomi di ossigeno. Questo deve lasciare 440 g di massa come gas liberato. L'equazione bilanciata deve avere la forma 10 CaCO 3 → 10 CaO +? e il "?" il gas deve contenere carbonio e ossigeno in alcune combinazioni; deve avere 20 moli di atomi di ossigeno - hai già 10 moli di atomi di ossigeno a sinistra del segno + - e quindi 10 moli di atomi di carbonio. Il "?" è CO 2. (Nel mondo scientifico di oggi, hai sentito parlare di anidride carbonica, rendendo questo problema un esercizio banale. Ma pensa a un'epoca in cui persino gli scienziati non sapevano nemmeno cosa fosse "in aria".) Gli studenti di fisica potrebbero essere confusi dalla famosa conservazione dell'equazione dell'energia di massa E \u003d mc 2 postulata da Albert Einstein nei primi anni del 1900, chiedendosi se sfidasse la legge di conservazione della massa ( o energia), poiché sembra implicare che la massa può essere convertita in energia e viceversa. Nessuna legge viene violata; invece, la legge afferma che la massa e l'energia sono in realtà diverse forme della stessa cosa. È un po 'come misurarle in unità diverse data la situazione. Forse non puoi fare a meno di equiparare inconsciamente la massa al peso per i motivi sopra descritti - la massa è solo il peso quando la gravità è nel mix, ma quando nella tua esperienza è la gravità non è presente (quando sei sulla Terra e non in una camera a gravità zero? È difficile, quindi, concepire la materia come semplice roba, come energia a sé stante, che obbedisce a certe leggi e principi fondamentali. Inoltre, proprio come l'energia può cambiare forma tra cinetica, potenziale, elettrica, termica e altri tipi, la materia fa la stessa cosa, sebbene le diverse forme di materia siano chiamate stati Se riesci a filtrare come i tuoi sensi percepiscono le differenze in queste quantità, potresti essere in grado di apprezzare Iiate che ci sono poche differenze effettive nella fisica. Essere in grado di legare insieme i concetti principali nelle "scienze della scienza" all'inizio può sembrare arduo, ma alla fine è sempre eccitante e gratificante.
, il che significa che la quantità totale di queste quantità contenute all'interno il sistema che hai scelto non cambia mai.
, momento
, momento angolare
e massa
. I primi tre di questi sono quantità spesso specifiche dei problemi della meccanica, ma la massa è universale e la scoperta - o la dimostrazione, per così dire - che la massa è conservata, mentre conferma alcuni sospetti di lunga data nel mondo della scienza, è stato fondamentale per dimostrare .
La legge di conservazione della massa
dichiara la verità, tutta la massa che sia mai stata "è là fuori da qualche parte
".
Storia della legge sulla conservazione di massa
") fosse in realtà una sostanza. Questo, ragionano gli scienziati, ha spiegato perché un mucchio di ceneri è più leggero di qualsiasi cosa sia stata bruciata per produrre le ceneri.
Panoramica sulla conservazione della massa
Cosa Altrimenti è "conservato" nella scienza fisica?
e è costante nei sistemi in cui agiscono solo forze conservative (cioè quando nessuna energia viene "sprecata" sotto forma di perdite per attrito o di calore).
Legge di conservazione della massa: esempio
Einstein e la Messa -Energy Equation
Massa, energia e peso nel mondo reale
: solido, gas, liquido e plasma.
