Alcuni regali che si ricevono nella vita lasciano il segno. Un giorno, quando ero all’università , un editore mi ha regalato quattro libri fantastici sulla fisica, scritti da qualcuno che la fisica la ha veramente capita: Richard Feynman. Il titolo è quasi banale: The Feynman lectures on physics. Il contenuto è bellissimo.
La tua domanda non è affatto banale e rispondere non è facile. Apro il primo volume.
Siamo messi bene!
Vediamo in greco: á¼Î½á½³Ïγεια (energheia), composto di en intensivo ed á¼”Ïγον (ergon) opera, azione, lavoro (á¼”Ïγον si ritrova in tante nostre parole, per esempio “chirurgo”: Ï‡ÎµÎ¯Ï (cheir) mano ed á¼”Ïγον, colui che opera con le mani). Bene, il greco ci rimanda dritti filati alla definizione di energia che ci insegnano a scuola e che trovi anche su wikipedia:
A questo punto, sorge un’altra domanda: il lavoro cos’è? Sempre da wikipedia:
Vien quasi da alzare gli occhi al cielo: per definire la parola energia usiamo il lavoro, e per definire il lavoro usiamo l’energia. Però attenzione: abbiamo introdotto anche qualcos’altro: forza e spostamento. E per la fisica, se per esempio una forza non compie spostamento, allora non c’è lavoro.
Quindi, per tenere sollevati 100kg ho bisogno di introdurre calorie: ecco un’altra forma di energia.
L’energia ha un gran numero di forme diverse e vi è una formula per ciascuna di esse: l’energia gravitazionale, l’energia cinetica, termica, elastica, elettrica, chimica, radiante, nucleare, l’energia di massa.
Per amore delle fonti, mi piace citare quello che credo sia il primo tentativo di definire la conservazione dell’energia. Secondo Cartesio Dio conserva nel mondo la stessa quantità del moto che il mondo ha ricevuto al momento della creazione. Potremmo fare a meno di citare Dio, comunque il concetto è che per Cartesio si conserva la quantità di moto totale, \(\sum m_i \vec v_i\), con m massa e v velocità . Discostandosi da Cartesio e i suoi allievi, Leibnitz invece asserisce che in natura si conserva \(\sum m_i \vec v_i^2\), che Leibnitz chiama vis viva, la “forza viva”. A meno del fattore \(1/2\), questa rappresenta la conservazione dell’energia cinetica. Oggi noi sappiamo che l’energia cinetica è solo una delle tante forme di energia e lei da sola non si conserva sempre: se in un sistema l’energia cinetica aumenta, è perchè qualcuno dall’esterno sta facendo un lavoro con una forza; se diminuisce è perchè viene prodotto lavoro (il teorema delle forze vive). Ci si ripresenta il binomio energia/lavoro.
Dopo questa lunga introduzione sul mondo della meccanica, facciamo un breve giro per altri mondi.
Nel mondo delle cariche elettriche parliamo di energia elettrica. Possiamo riusare alcuni concetti, per esempio la dissipazione dell’energia. In meccanica, se abbiamo dissipazione, per esempio in presenza di forze di attrito, assistiamo alla trasformazione di parte dell’energia meccanica in energia termica (ma ben conosciamo l’equivalenza tra calore e lavoro). Anche le resistenze elettriche dissipano l’energia del generatore: una resistenza attraversata da corrente elettrica genera calore (per effetto Joule).
Passiamo ora nel mondo dell’energia radiante, l’energia della luce, e sappiamo che siamo ancora in presenza di una forma di energia elettrica. Sgattaioliamo nel mondo dell’energia chimica, di cui una parte è energia cinetica degli elettroni e un’altra energia elettrica tra elettroni e protoni.
Scendiamo ora nel mondo del nucleo e troviamo l’energia nucleare: non è elettrica nè gravitazionale, siamo in un nuovo mondo! Se visitiamo infine il mondo della relatività abbiamo l’energia di massa: un oggetto possiede energia per il solo fatto di esistere, è meraviglioso e potentissimo!
Bene. Il viaggio è stato veloce e gira un po’ la testa, ma ora sappiamo che per ciascuna di queste forme di energia abbiamo una formula. Non sappiamo bene cosa sia l’energia, ma sappiamo che la somma totale si conserva.
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