Senza energia, le forze non possono compiere lavoro. In pratica, l’universo sarebbe immobile, buio e freddo. Ma cos’è l’energia? Tutti i giorni la sperimentiamo: due finestre aperte che fanno corrente, un pacchetto di sigarette che cade giù durante una pizza al balcone con amici.
L’energia è il mediatore della forza
Nel corpo umano, le ghiandole interagiscono con l’organismo tramite gli ormoni. Così, “le energie” sono braccia e gambe delle forze. Si dico bene, le energie. L’energia si manifesta in più forme. Visivamente, le più gettonate sono la termica, di movimento e potenziale. In realtà, i mediatori delle forze sono le cariche, ma in un certo senso lo sono anche le energie.
Quando si cuoce la pasta, notiamo che l’acqua si fa sempre più turbolenta e calda, finché comincia a bollire, e la temperatura della pentola e dell’acqua non sale ulteriormente. Quindi, abbiamo dimostrato visivamente che l’energia di calore (termica) e quella di movimento (cinetica) sono collegate. Più in generale, più energie sono concorrono sempre assieme in un processo.
Parlare di energia senza avvalersi del concetto di forza è difficilissimo, perché l’energia opera per conto della forza. Consideriamo il caso che ho prima accennato, quello della caduta del pacchetto di sigarette. Il pacchetto era immobile sul tavolino, cioè le forze sul pacchetto si neutralizzano fra loro, dopo precipita sull’asfalto ed è nuovamente immobile. Cos’è accaduto?
Innanzitutto, dobbiamo spiegare cos’è l’energia potenziale. Questa energia dipende dalla posizione, e da come è orientato l’oggetto. Ad esempio, ogni piano del palazzo ha un energia potenziale sempre più grande, ecco perché salendo sull’attico ci si sfracella meglio. Questo perché l’energia potenziale è “l’ormone” della forza di gravità. Accademicamente, il gravitone e l’elettrone sono gli mediatori delle rispettive gravità e coulomb. Ma per i profani e “wikipediani” va bene come la sto spiegando. Basti pensare che senza energia, gravitone ed elettrone starebbero fermi.
L’energia non è misurabile
L’energia potenziale del balcone è maggiore dell’energia potenziale dell’asfalto. Il pacchetto comincia a muoversi ed accelerare fino a che si ferma di nuovo: ora il pacchetto ha il potenziale dell’asfalto. L’oggetto ha perso energia potenziale, ma dov’è finita? Si è trasformata in energia cinetica per farlo muovere ed accelerarlo. Stessa trattazione vale per il tuffatore, o la portata d’acqua di una cascata che impatta sulle rocce: l’energia potenziale spesa si è convertita in energia cinetica.
Questo esempio è importantissimo per esplicare un concetto: l’uomo può misurare la variazione di energia, quando un corpo passa da una condizione di equilibrio a potenziale maggiore ad un altra di potenziale minore, ma non è in grado di misurare l’energia nei singoli stato di equilibrio.
L’affermazione appena detta è supportata dal fatto che non esiste un misuratore di energia. Voi avete mai sentito parlare di “energometro“? Qual’è l’energia termica, potenziale e cinetica del pacchetto di sigaretta sul balcone e sull’asfalto? Boh! Nessuno lo sa. Possiamo calcolare solamente le perdite e le compensazioni di energie fra più stati di equilibrio in cui l’oggetto passa.
L’energia si converte
Per quanto riguarda la conversione di energia potenziale in cinetiche non è un fatto eccezionale. Tutte le energie si convertono fra di loro, c’è però la tendenza a convertirsi più facilmente in calore, ma con difficoltà accade il contrario. Per questa ragione, le sue unità di misura valgono per tutte le altre forme: joule e caloria.
Sperimentiamo la conversione di energia cinetica in termica: una penna sfregata sul foglio ha la punta più calda, la catena della bici dopo qualche chilometro scotta, la canna di una pistola che ha appena sparato.
L’energia potenziale non riguarda solo la gravità
Perché si instaura una corrente d’aria in casa solo se due finestre sono aperte? L’aria “posizionata” in casa esercita una pressione inferiore all’aria posizionata fuori. Quindi, l’aria esterna entra spingendo fuori l’aria viziata. Questo ricambio è molto lento.
Quando le finestre aperte sono due le cose cambiano: l’aria esterna che circonda la casa non è la stessa perché è posizionata ed orientata in modo diverso attorno la casa. Di conseguenza, le energie potenziali saranno diverse. L’aria che entra da una finestra è più forte dell’altra, e si innesca anche qui una differenza di potenziale come tra il balcone e l’asfalto.
Adesso che ci marciate, cosa accade se avvicino del ghiaccio ad una stufa? Si instaurerà una differenza di potenziale fra la temperatura maggiore e quella minore (conosciuto dagli ignoranti come principio zero della termodinamica), quindi, il calore emigrerà dalla stufa al ghiaccio. L’aumento di calore aumenterà l’energia cinetica, quindi le particelle romperanno il reticolo solido per formare il liquido … ma questa è un altra storia.
Vi faccio criccare il cervello! Vi capita mai di entrare in un ascensore ad ante, ed una ha la molla indebolita rimanendo aperta? Invece di uscire dalla cabina e tirarla verso di voi, spingete col ditino. Andrete a schiacciare la molla, così che la sua risposta sia sufficiente a chiudere: avete aumentato l’energia potenziale e, in proporzione, la sua conversione in energia cinetica.
Concludo con una satira a cappella:
<<chiudi che mo ho pagato la corrente>>
<<ma cosa centra con la luce?>>
<<l’Enel ti fa pagare pure quella!>>.
Daniel Pastore
