¿Cuales son las leyes de conservacion de la materia, masa y energia?

Question

Son pa mi tarea ayuda please

las leyes de la conservacion de la materia de Lavoisier pero que onda con la masa y la energia el problema son que si es lo mismo y quien las propuso

No me referia a la relacion entre masa y energia sino a las leyes de conservacion, por ejemplo la masa no se crea ni se destruye, es lo mismo para las otras dos?, es decir la energia no se crea ni se destrye por ejemplo?

Answer 1

Con el objeto de comprender la equivalencia de la masa y la energía desarrollada por Einstein, es imperativo que nos remontemos a dos principios de conservación o «equilibrio» que, independientes el uno del otro, han ocupado un preeminente lugar en la física anterior a la teoría de la relatividad. Se trata del principio de la conservación de la energía y del principio de la conservación de la masa. El primero, enunciado por Gottfried Wilhelm Leibnitz en tiempos tan lejanos como el siglo XVII, fue desarrollado en el siglo XIX esencialmente como corolario de un principio de la mecánica.

Consideremos, por ejemplo, un péndulo cuya masa oscila entre los puntos A y B. En esos puntos la masa m es mayor que en c por la cantidad h; c (véase la Fig.04.08.01) es el punto más bajo del recorrido.



Por otra parte, en c la altura de elevación es cero y la masa tiene una velocidad v. Es como si la altura de elevación pudiera ser convertida por completo en velocidad, y viceversa. La relación exacta se expresa así: mgh = v2, en que g representa la aceleración de la gravedad. Aquí es interesante señalar que esta relación es independiente tanto de la longitud del péndulo como de la forma de la trayectoria que describe la masa.

El significado de lo anterior es de que algo permanece constante a través del proceso y que ese algo es la energía. En A y B se trata de una energía de posición o «potencia»; en c tenemos una energía de movimiento o energía «cinética». Si este concepto es correcto, la suma mgh + mv², tendrá que tener el mismo valor para cualquier posición del péndulo, si se determina que h representa la altura por encima de c y v representa la velocidad en ése punto de la trayectoria del péndulo. Se ha demostrado que ésa es, precisamente, la situación. Al generalizar este principio se ha obtenido la ley de la conservación de la energía mecánica. ¿Pero qué sucede cuando la fricción detiene al péndulo?

La respuesta a esa interrogante se obtuvo en el estudio de los fenómenos térmicos. Basado sobre el supuesto de que el calor es una sustancia indestructible, que fluye desde un objeto más caliente hacia otro más frío, este estudio nos proporcionó un principio de «conservación del calor». Por otra parte, desde tiempos inmemoriales se sabe que el calor puede ser producido por fricción, tal como lo hacían los indios con un par de palos. Paradojalmente, durante largo tiempo los físicos estuvieron de cabezas para dar cuenta de ese fenómeno de «producción» de calor. Sus dificultades fueron superadas cuando se estableció en forma satisfactoria que, para cada cantidad de calor producida por fricción, una cantidad exactamente proporcional de energía, debe ser consumida. Así se llegó al principio de la «equivalencia de trabajo y calor». Con el péndulo usado por Einstein para sus explicaciones al respecto, por ejemplo, la energía mecánica se convierte gradualmente en calor merced a la fricción.

De esa forma, los principios de la conservación de las energías mecánica y térmica se fusionaron en uno solo. Y, a raíz de ello, los físicos se convencieron de que el principio de conservación podía ser extendido aún más, para llegar a abarcar los procesos químicos y electromagnéticos; es decir, que podía ser aplicado a todos los campos. Se supuso que en nuestro sistema físico existía una suma total de energías que se mantenía constante a través de todos los cambios que se produjeran.

Ahora bien, con respecto al principio de conservación de la masa, éste era definido como la resistencia que un cuerpo opone a su aceleración (masa inerte). También se podía medir el peso másico (masa pesante). Dos definiciones disímiles que asombrosamente conducían a un mismo valor de la masa de un cuerpo. De acuerdo con este principio –es decir, que las masas permanezcan invariables a través de los cambios químicos o físicos–, la masa representaba la cualidad esencial (por invariable) de la materia. El calentamiento, la fusión, la vaporización o las combinaciones en compuestos químicos no alteraban la masa total.

Los físicos habían aceptado ese principio hasta que emergieron las ideas Einstein. En efecto, frente a la teoría de la relatividad especial ese principio resultó poco satisfactorio. Por consiguiente, fue fusionado con el principio de energía, tal como, tal como anteriormente lo fue, el principio de la conservación de la energía mecánica con el principio de la conservación del calor. Podemos decir que el principio de la conservación de la energía después de haberse absorbido el de conservación del calor, entonces absorbió el de conservación de la masa y se erigió en una preeminencia teórica.


Es muy corriente, y casi como un eslogan, expresar la equivalencia de masa y energía (aunque un tanto inexactamente) mediante la fórmula E = mc², donde c representa la velocidad de la luz, cerca de unos 300.000 kilómetros por segundo. E es la energía que está contenida en un cuerpo fijo; m es la masa. La energía que pertenece a la masa m es igual a esta masa, multiplicada por el cuadrado de la enorme velocidad de la luz, lo que equivale a decir una enorme cantidad de energía para cada unidad de masa.

Pero si cada gramo de materia contiene esa tremenda energía, ¿por qué no fue advertida antes de Einstein? La respuesta es bastante simple: en aquella época era bastante difícil observar la merma de energía en la medida que ésta no se perdía externamente. Era como si un hombre dueño de grandes riquezas no podía jamás gastar ni dar un céntimo; y, por ello, nadie sabía cuán rico era.

Además, recordemos que la teoría galileana, comporta dos importantes leyes de conservación de las cantidades mecánicas. Una de ellas, corresponde a la suma de los productos en colisiones de partículas, o sea, a la constante masa x velocidad. A lo anterior, se le conoce por el nombre técnico de «momentum lineal», al cual usualmente se le denomina con la letra p . Dicha ley expresa que en una colisión la suma de los momentum lineales se conserva y adquiere la misma forma para diversos sistemas de coordenadas inerciales, con las correspondientes velocidades. Sin embargo, y dada la complejidad que presenta la teoría de la relatividad para las transformaciones de velocidades, especialmente al tratarse de las adiciones de éstas, esta ley no mantiene su forma original, no se expresa como la suma de masas x velocidades, en los diferentes sistemas. Es decir, si se suma esa forma en un sistema, ello resulta en otro con una expresión disímil. En consecuencia, la suma de los momentum lineales, en función de las ideas de Galileo, no es constante o no se conserva.

La otra ley galileana tiene que ver con la relación fundamental de la conservación de la energía. En efecto, en una interacción donde intervienen varias partículas, la energía cinética se conserva. Para una partícula de masa m, en un sistema inercial, ella se expresa como mv2 / 2. Cuando se trata de un grupo de partículas ello, es la suma de los términos de esa forma, de ellas. Ahora, cuando ello se trata de un cambio de sistemas relativistas esa expresión se anula debido a las mismas razones; o sea, en el nuevo sistema no será mv2 / 2. Por lo tanto, la ley de la conservación de la energía cinética, en este caso, no se cumpliría.

Al asumir este punto de vista, se puede encontrar que existe una definición más general del momentum lineal p de una partícula. En lugar de la expresión galileana p = mv ( p = masa x velocidad ), se halla la siguiente:
[04.10.01]
p = gmv,
donde m es la masa de la partícula.

De manera similar, para la «energía cinética relativista» EK, de una partícula se encuentra:
[04.10.02]
EK = ( g - 1 )mc2,
la cual se reduce a mv2 / 2 cuando se trata de velocidades pequeñas. Por otra parte, esta fórmula nos señala que la energía cinética tiende a infinito cuando v se aproxima a c. Lo anterior explica, mirado desde otro punto de vista físico, lo fundamental que implica la velocidad de c como límite para partículas con masa. Sólo «partículas» sin masa como la luz, se mueven a velocidades c o, superior a ésta, si existieran los taquiones.

Sin embargo, esa fórmula para la energía cinética tiene sus implicaciones, las cuales son confirmadas por las observaciones. Es factible realizar experimentos donde una partícula en reposo emite dos haces o rayos de luz o se desintegra en otras. Esa partícula carece de energía cinética porque está en reposo. Sólo tiene masa. No obstante los haces de partículas o rayos que genera tienen energía (radiante o cinética). Ahora, si se piensa que la energía se conserva, se llega a la conclusión que masa y energía son intercambiables. En otras palabras, su total se conserva.

Antoine Laurent Lavoisier
1743 - 1794

Ahora bien, si se considera en un sistema de referencia a una partícula aislada y en reposo, su energía total sólo puede ser su propia masa. Por otro lado, si ella es observada desde un sistema en movimiento, se mostrará además comportando energía cinética. Para el modelo galileano, tanto masa como energía cinética son dos entes absolutamente distintos. La conservación de cada una corresponde a fenómenos separados (ley de Lavoisier para la masa) . Pero según la teoría de la relatividad, como iremos viendo más adelante, la masa puede variar con la velocidad y, a su vez, la energía.

Según la formulación de la relatividad restringida, se pudo invertir la relación y decir que un aumento de E en la cantidad de energía debe estar acompañado por un aumento de en la masa. También se hizo posible suministrar energía a masa con facilidad: por ejemplo, calentándola diez grados. Lo difícil fue medir el aumento de la masa, o el aumento de peso relacionado con ese cambio. El problema estribaba en que en el aumento de la masa el enorme factor c2 se presenta en el denominador de la fracción. Lo anterior implica un aumento demasiado pequeño para ser medido con facilidad de manera directa.

De todas maneras, para detectar un aumento de masa se requiere un cambio de energía por unidad másica significativo. Uno de los fenómenos en la que tales cantidades de energía por unidad de masa son liberadas es: la desintegración radiactiva. Para describirlo de- manera esquemática, podemos decir que el proceso es así: un átomo de masa m se divide en dos átomos de masas m ' y m ", que se separan con una tremenda energía cinética. Si imaginamos a esas dos masas en reposo –es decir, si extraemos de ellas esa energía de movimiento–, entonces, consideradas en conjunto, son esencialmente más pobres en energía que el átomo original. De acuerdo con el principio de equivalencia, la suma de las masas m ' + m ", de los productos de la desintegración, debe también ser algo más pequeña que la masa original, m, del átomo a punto de desintegrarse, en contradicción con el viejo principio de la conservación de la masa. La diferencia relativa de los dos está dentro del orden de un décimo del uno por ciento.

En realidad, no es un procedimiento sencillo el pesar los átomos en forma individual. Sin embargo, hay métodos indirectos para medir sus pesos con exactitud. Asimismo, es factible determinar las energías cinéticas que son transferidas a los productos m ' y m " de la desintegración. De esta manera ha sido posible comprobar y confirmar la fórmula de la equivalencia. También la ley nos permite calcular con anticipación, a partir de pesos atómicos determinados en forma precisa, qué cantidad exacta de energía será liberada con cualquier desintegración atómica. Las leyes, desde luego, nada dicen acerca de si se producirá la reacción de desintegración o acerca de cómo se producirá.

Lo que ocurre puede ser ilustrado con la ayuda del ejemplo de nuestro hombre rico. El átomo m es un rico avaro que, durante el transcurso de su vida, no gasta dinero (energía). Pero en su testamento lega su fortuna a sus hijos m ' y m ", con la condición de que ellos entreguen a la comunidad una suma mínima, menos de la milésima parte de todos los bienes (energía o masa). En conjunto, los hijos tenían algo menos que lo que tenía el padre (la suma de masas m ' + m " es algo menor que la masa M del átomo radiactivo). Pero la parte entregada a la comunidad, aun cuando es relativamente pequeña, es aún tan tremendamente grande (considerada como energía cinética) que conlleva una gran amenaza. Evitar esta amenaza ha sido hasta ahora uno de los problemas coexistentes de mayor preocupación para la humanidad.

Por otra parte, esta idea la podemos expresar tomando como energía total de una partícula la cantidad:
[04.10.03]
E = mc2 = g m0 c2,
donde la cantidad m es una masa variable,
[04.10.04]

m ( v ) = g m0
en que m0 corresponde a la masa de un sistema en reposo o propia, conocida como « masa en reposo». De esta manera, y evaluando la energía total de un sistema en reposo [ con g ( 0 ) = 1, para v = 0 ] se obtiene la energía equivalente a su masa:

[04.10.05]

E ( v = 0 ) = g ( 0 ) m0 c2
Por otro lado, la energía total en un sistema en movimiento puede expresarse como la suma de la «energía en reposo», m0 c2, más la energía cinética relativa:

[04.10.05]

E = m0 c2 + ( g - 1 ) m0 c2
Pero la expresión E = mc2 encierra mucho más que lo que hasta ahora hemos analizado. Por ejemplo, es importante estudiar desarrollos para llegar a estimar lo que se suele llamar la «ENERGÍA INTRÍNSECA DE EINSTEIN». Para ello, partamos de la siguiente expresión:

[04.10.06]

G Mu / Ru = c2
si procedemos a afectar a ambos términos por una masa cualquiera m0 , se tiene que:

[04.10.07]

G Mu m0 / Ru = m0 C2
En esa expresión, el término de la izquierda representa la energía potencial gravitatoria universal que genera la totalidad de la estructura másica del universo hacia una masa dada m0 y, el término de la derecha, equivale a la energía intrínseca de Einstein referida a m0 . Así considerado el problema, la energía que produce E = mc2 se generaría a partir de la energía potencial de todas las masas del universo, o sea E = mc2 representa la energía de una masa dada, en relación a todas las restantes masas del universo. La expresión [04.10.07] expresada en el sistema de unidades naturales generalizado (S.U.N.G.), donde G equivale a:

[04.10.08]


conduce a:

[04.10.09]


reordenando y anulando se llega a la expresión [04.10.07] como se observa a continuación:

[04.10.10]


El desarrollo anterior, pone en evidencia que esta enorme energía potencial confinada en los núcleos de una masa dada, es responsable de las intensas fuerzas nucleares.

Las relaciones precedentes que hemos descrito tienen una importante implicancia. Ellas igualan masa con energía, dos elementos que en el modelo clásico son realidades distintas. Sin embargo, para la relatividad, en cambio, ellos son dos aspectos de una misma realidad física. Más aún, según las ideas de Einstein, no existe ninguna particularidad que se ponga una cota o mínimo al término m0c2 en la energía total, salvo el valor que ostente la partícula presente. La materia, puede transformarse en energía a través de un adecuado proceso, con partículas menos masivas como resultado. También, en algunos casos la materia puede transformarse en energía radiante, como cuando colisionan partículas con sus correspondientes antipartículas y, a su vez, extraerse energía de la masa, manifestándose en ello que la materia es la mayor reserva de energía conocida. Y, a la inversa, puede transformarse energía en masa con la aplicación de tecnología de punta, como ocurre con los aceleradores de partículas elementales, que en sus aplicaciones producen nuevas partículas más masivas.

Como ya mencionamos, el valor de c2 es enorme. Y, como también lo dijimos pero con otro sentido, la energía atómica o nuclear descansa en esta ecuación. Con sólo una pequeña cantidad de materia se puede producir enormes volúmenes de energía. En el universo, esta transformación es el proceso que produce la energía que se irradia desde las estrellas. En el transcurso de los miles de millones de año de vida de una estrella cualesquiera, menos del 1% de su materia tiene como destino la producción de energía. Nuestra estrella Sol, así, de esa forma, ha generado la energía que conocemos como procedente de él durante aproximadamente los 6.000 millones de años que lleva encendido. De esa energía, tan sólo una cantidad infinitesimal ha sido suficiente para que la vida se recree en la Tierra y/o en otros lugares de nuestro sistema planetario.

Answer 2

E=MC2
La energía que se puede llegar a obtener de una materia es igual a la masa de ésta multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.
El problema es sacarle esa energía.

Answer 3

Solo es una ley, y te incluye la fisica clasica y la moderna,
"la materia como la energia, no se crean ni se destruyen solo se transforman entre si"

De conceptos de basicos, como que materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa, pues, tienes ejemplos, quema papel, se transformo esa materia y libero energia, o toma un acelerador de particulas, coliciona un electron y un positron, y tendras dos particulas de luz (fotones), desaparecio la masa, pero aparecio energia.

Answer 4

Las leyes que hablan aserca de la materia y la energia.............. son las de la reforma enerjetica jajajajajajajaja, perdon , he no se con exactitud que es lo que quieras decir con leyes, nesesitas formulas o algo asi, agrega detalles y yo te ayudo o hablas de " la materia no se crea ni se destruye, solo se transorma"? o agrega mas detalles

Answer 5

hola mira es muy fácil la ley de la energía es q la energía no se crea ni se destruye solo se transforma por ejemplo si tienes un carro y lo enciendes le aplicas cierta energía mecanica la cual se transforma en calor debido a la combustion de la gasolina por lo tanto el calor no se creo solo se transformo de otro tipo de energía que aplicaste y asi sucesivamente y la ley de la masa y la materia es lo mismo puesto que masa es materia y por ejemplo en una reacción química que sucede en un reactor si tu agregas cierta cantidad de reactivos esa misma cantidad tendra que salir del reactor pero obviamente transformada en un producto mas el reactivo que no reacciono y asi sucesivamente.

Answer 6

que los atomos no se crean ni se destruyen solo se transforman