Conservación de la masa

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en la relatividad especial, la conservación de la masa no se aplica si el sistema está abierto y la energía se escapa. Sin embargo, sigue aplicándose a sistemas totalmente cerrados (aislados). Si la energía no puede escapar de un sistema, su masa no puede disminuir., En la teoría de la relatividad, mientras cualquier tipo de energía se retiene dentro de un sistema, esta energía exhibe masa.

Además, la masa debe diferenciarse de la materia, ya que la materia puede no estar perfectamente conservada en sistemas aislados, aunque la masa siempre se conserva en dichos sistemas., Sin embargo, la materia está tan casi conservada en química que las violaciones de la conservación de la materia no se midieron hasta la era nuclear, y la asunción de la conservación de la materia sigue siendo un concepto práctico importante en la mayoría de los sistemas de química y otros estudios que no involucran las altas energías típicas de la radiactividad y las reacciones nucleares.,

la masa asociada con cantidades químicas de energía es demasiado pequeña para mediareditar

el cambio en la masa de ciertos tipos de sistemas abiertos donde los átomos o partículas masivas no pueden escapar, pero otros tipos de energía (como la luz o el calor) pueden entrar o escapar, pasó desapercibido durante el siglo XIX, porque el cambio en la masa asociado con la adición o pérdida de pequeñas cantidades de energía térmica o radiante en reacciones químicas es muy pequeño., (En teoría, la masa no cambiaría en absoluto para los experimentos realizados en sistemas aislados donde el calor y el trabajo no estaban permitidos dentro o fuera.)

la conservación de la masa sigue siendo correcta si la energía no se pierde.

la conservación de la masa relativista implica el punto de vista de un solo observador (o la vista desde un solo marco inercial) ya que cambiar los marcos inerciales puede resultar en un cambio de la energía total (energía relativista) para los sistemas, y esta cantidad determina la masa relativista.,

el principio de que la masa de un sistema de partículas debe ser igual a la suma de sus masas en reposo, aunque verdadero en la física clásica, puede ser falso en la relatividad especial. La razón por la que las masas en reposo no se pueden agregar simplemente es que esto no tiene en cuenta otras formas de energía, como la energía cinética y potencial, y las partículas sin masa, como los fotones, todas las cuales pueden (o no) afectar la masa total de los sistemas.,

para mover partículas masivas en un sistema, examinar las masas de reposo de las diversas partículas también equivale a introducir muchos marcos de observación inercial diferentes (lo cual está prohibido si se va a conservar la energía total del sistema y el momento), y también cuando en el marco de reposo de una partícula, este procedimiento ignora los momentos de otras partículas, que afectan la masa del sistema si las otras partículas están en movimiento en este marco.,

para el tipo especial de masa llamada masa invariante, cambiar el marco inercial de observación para un sistema cerrado completo no tiene efecto en la medida de la masa invariante del sistema, que permanece tanto conservada como invariante (inmutable), incluso para diferentes observadores que ven todo el sistema. La masa invariante es una combinación de sistema de energía y momento, que es invariante para cualquier observador, porque en cualquier marco inercial, las energías y los momentos de las diversas partículas siempre se suman a la misma cantidad (el momento puede ser negativo, por lo que la suma equivale a una resta)., La masa invariante es la masa relativista del sistema cuando se ve en el centro del marco de momento. Es la masa mínima que puede exhibir un sistema, vista desde todos los marcos inerciales posibles.

la conservación de la masa tanto relativista como invariante se aplica incluso a sistemas de partículas creadas por la producción de pares, donde la energía para nuevas partículas puede provenir de la energía cinética de otras partículas, o de uno o más fotones como parte de un sistema que incluye otras partículas además de un fotón., De nuevo, ni la masa relativista ni la invariante de los sistemas totalmente cerrados (es decir, aislados) cambian cuando se crean nuevas partículas. Sin embargo, diferentes observadores inerciales estarán en desacuerdo sobre el valor de esta masa conservada, si es la masa relativista (es decir, la masa relativista se conserva pero no invariante). Sin embargo, todos los observadores están de acuerdo en el valor de la masa conservada si la masa que se mide es la masa invariante (es decir, la masa invariante es conservada e invariante).,

la fórmula de equivalencia masa-energía da una predicción diferente en sistemas no aislados, ya que si se permite que la energía escape de un sistema, tanto la masa relativista como la masa invariante también escaparán. En este caso, la fórmula de equivalencia masa-energía predice que el cambio en la masa de un sistema está asociado con el cambio en su energía debido a la energía que se suma o resta: Δ m = Δ e / c 2 . {\displaystyle \ Delta m = \Delta e/c^{2}.} Esta forma que implica cambios fue la forma en que esta famosa ecuación fue presentada originalmente por Einstein., En este sentido, los cambios de masa en cualquier sistema se explican simplemente si se tiene en cuenta la masa de la energía añadida o eliminada del sistema.

la fórmula implica que los sistemas enlazados tienen una masa invariante (masa de reposo para el sistema) menor que la suma de sus partes, si se ha permitido que la energía de enlace escape del sistema después de que el sistema ha sido enlazado. Esto puede suceder al convertir la energía potencial del sistema en algún otro tipo de energía activa, como la energía cinética o los fotones, que escapan fácilmente de un sistema enlazado., La diferencia en las masas del sistema, llamada defecto de masa, es una medida de la energía de unión en los sistemas unidos, en otras palabras, la energía necesaria para romper el sistema. Cuanto mayor sea el defecto de masa, mayor será la energía de unión. La energía de unión (que a su vez tiene masa) debe ser liberada (como luz o calor) cuando las partes se combinan para formar el sistema de unión, y esta es la razón por la que la masa del sistema de unión disminuye cuando la energía sale del sistema. La masa invariante total se conserva realmente, cuando se tiene en cuenta la masa de la energía de enlace que ha escapado.,

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en la relatividad general, la masa invariante total de fotones en un volumen de espacio en expansión disminuirá, debido al desplazamiento al rojo de dicha expansión. Por lo tanto, la conservación de la masa y la energía depende de varias correcciones hechas a la energía en la teoría, debido a la energía potencial gravitacional cambiante de tales sistemas.