A veces, la misma palabra "masa" se usa con diferentes significados. Hay dos cantidades diferentes asociadas con la palabra "masa":
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Una cantidad que los físicos normalmente llaman "masa", que es una propiedad intrínseca del objeto y no depende de la rapidez con que se mueva. Usaré el símbolo $ m $ para esta cantidad.
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Un sinónimo de la energía del objeto $ E $ , pero expresado en unidades de masa como $ E / c ^ 2 $ . Esto a veces se denomina "masa relativista" del objeto y depende de la rapidez con que se mueve el objeto (porque la energía del objeto lo hace). Usaré el símbolo $ m_R $ para esta cantidad.
Ya estamos familiarizados con el hecho de que la energía cinética de un objeto es mayor cuando el objeto se mueve más rápido. "Masa relativista" es solo un sinónimo de la energía total del objeto, expresada en unidades de masa. Desde esta perspectiva, considere la pregunta nuevamente:
¿Por qué aumenta la masa (relativista) de un objeto cuando su velocidad se acerca a la de la luz?
Respuesta: Porque aumenta la energía del objeto. "Masa relativista" es solo un sinónimo de la energía del objeto, expresada en unidades de masa. ¿Por qué la gente empezó a usar el nombre de "masa relativista" para la energía del objeto? No lo sé. En mi experiencia, la mayoría de los físicos simplemente lo llaman energía.
Aquí hay algunas ecuaciones para ayudar a aclarar las cosas:
La energía $ E $ , momentum $ p $ , velocidad $ v $ y la masa $ m $ de un objeto están relacionados entre sí de acuerdo con estas ecuaciones:
$$
E ^ 2 - (pc) ^ 2 = (mc ^ 2) ^ 2
\ hskip2cm
v = \ frac {pc ^ 2} {E}
$$
donde $ c $ es la velocidad de la luz. El $ m $ en la primera ecuación es lo que los físicos generalmente quieren decir cuando usan la palabra "masa". Es una propiedad intrínseca del objeto y no depende de la velocidad del objeto. La energía $ E $ y el momentum $ p $ del objeto dependen de la velocidad, y lo hacen en de tal manera que la combinación $ E ^ 2- (pc) ^ 2 $ no depende de la velocidad. Por eso esta combinación en particular es interesante, y por eso el $ m $ en el lado derecho de la ecuación merece un nombre especial: masa.
Para relacionar esto con la "masa relativista" $ m_R $ (que, de nuevo, no es utilizado por la mayoría de los físicos en mi experiencia), reorganice la segunda ecuación que se muestra arriba para obtener
$$
p = \ frac {E} {c ^ 2} v.
$$
Si usamos $ m_R $ como abreviatura de $ E / c ^ 2 $ , esto se convierte en
$$
p = m_R v,
$$
que se parece superficialmente a la aproximación de baja velocidad más familiar $ p = mv $ . Sin embargo, esta semejanza también es engañosa, porque la energía $ E $ (y por lo tanto $ m_R $ ) es una función de $ v $ . El impulso $ p $ es no realmente proporcional a la velocidad $ v $ , excepto aproximadamente cuando $ v \ ll c $ .