Buongiorno,
nei giorni di Pasqua ho ricevuto una telefonata da mio zio Antonio, il quale, pur entusiasta del mio lavoro di docente, osserva che spesso i miei articoli sono troppo accademici o troppo scolastici o troppo complessi!
E’ a lui, pertanto , che dedico l’articolo di oggi sull’energia.
In passato ho già proposto il tema dell’energia, sviluppando interi percorsi, che con i nostri studenti portano ad indurre la sua idea.
L’energia è un concetto molto importante in fisica, ma alla domanda cos’è l’energia? Beh io risponderei con una favola.
Già è proprio una favoletta che voglio raccontarvi!
Ma andiamo con ordine: guardiamo ai libri di testo e vediamo se e quale definizione forniscono di energia.
Dal sito Appuntia049
http://www.appuntia049.it/materiale/pon/fis5sup/lezione4_energia.pdf
Energia = capacità potenziale di compiere lavoro meccanico
Il lavoro viene poi definito come il prodotto scalare tra la forza e lo spostamento!
Cosa sia l’energia non è ben chiarito dal sito, esso viene legato al concetto di lavoro meccanico, il quale è diverso da zero soprattutto se c’è uno spostamento, ma come conciliare il concetto di “consumo” di energia a cui siamo soliti pensare quando teniamo in mano un oggetto “pesante” fermo?
Se guardiamo anche un altro libro molto usato nei nostri Licei, l’Amaldi, troviamo una dissertazione lunghissima sul lavoro, per poi definire anche qui l’energia come la capacità fisica di un sistema di compiere lavoro.
http://online.scuola.zanichelli.it/alt/lafisicadiamaldi/pdf/Zanichelli_fisica_amaldi_cap11.pdf
Il concetto di energia è legato al concetto di lavoro, l’energia è vista come una sorta di azione, una specie di forza viva, tramite la quale è possibile compiere lavoro di tipo meccanico!
Cos’è l’energia?
Mi piace raccontarvi come noi fisici parliamo di energia e amo farlo parafrasando una favoletta che è di Richard Feynman (Dennis la peste), rileggendola in chiave personale, così come la propongo ai miei alunni.
C’era una volta una piccola bambina di nome Elisabetta alla quale la madre aveva donato 30 piccole formine (non importa che forma abbiano o di cosa siano fatte, immaginatele come volete), con le quali la nostra Elisabetta si divertiva a giocare.
Un giorno la madre entro' in stanza e trovo' solo 29 formine. Elisabetta piangeva, non sapeva dove potesse essere la sua trentesima formina! La madre cerco' ovunque senza trovarla, fino a quando ricordo' che il giorno prima Elisabetta aveva giocato fuori in giardino. Felice ritrovo' la 30sima formina nel prato.
Passa un mese e la mamma entro' in stanza per sistemare i giochi e conto' 31 formine!!
Com’era possibile?
Le formine non erano state rotte, semplicemente se ne era aggiunta una nuova.
La madre si fece coraggio e si reco' dalla vicina, dove trovo' un bambino che stava cercando la sua formina: il bambino era venuto due giorni prima a casa loro e aveva dimenticato lì la formina!
Passo' un altro mese e la madre trovo' che le formine erano solo 28!
Cerco' ovunque, dal vicino, in giardino, ma nulla!
La madre che era un fisico, sapeva che un corpo immerso in un liquido sposta una quantità di liquido pari al volume del corpo immerso e noto' che nella sua vasca dei pesci, l’acqua si era innalzata. Dopo una serie di conti capisce che le due formine non potevano che essere lì!!
Tutto questo per dire che per noi fisici le formine sono come l’energia, non sappiamo bene cosa siano, ma sappiamo una cosa: il loro numero deve conservarsi, deve rimanere sempre lo stesso.
Noi fisici siamo disposti anche ad introdurre nuove leggi, persino nuovi fenomeni, ma siamo ben restii a negare la conservazione dell’energia!
Quando le formine sono in meno andiamo a cercarle in nuove leggi fisiche; quando sono in più, allora qualcuno ci ha dato delle sue formine.
Possiamo dire che l’energia è “qualcosa” che si conserva!
Ogni qualvolta però le formine si spostano, oppure mancano di numero, vuol dire che è intervenuto qualcosa che le ha solo “trasformate “ “spostate”ed il modo per trasferire questa energia (nella fisica classica) è farlo tramite una forza o meglio attraverso un movimento.
In sostanza non dico che l’energia è la capacità di compiere un lavoro, dico solo che ogni qualvolta localmente l’energia non si conserva, la sua variazione si ritrova sotto forma di lavoro fatto da una certa forza, ovvero il trasferimento di energia avviene in primis tramite una energia di movimento (perché vi è una forza, si veda teorema dell’energia cinetica). Il lavoro allora mi dà una misura di quanta energia sto trasformando in un’altra forma , ma il computo finale deve restituirmi sempre le mie 30 formine!
Tra tutte le forme di energia però ve ne è una un po’ speciale!
Supponiamo che le mie formine siano come 100 euro.
Elisabetta , ormai cresciuta,compra una bicicletta del valore di 20 euro, avrà così in tasca 80 euro ed in mano una bici.
Se decide di rivendere la bici (trascuriamo l’usura del mezzo e l’inflazione) otterrà nuovamente i suoi 100 euro!
Il problema è che ogni volta che Elisabetta decide di comprare qualcosa, lo fa con la carta di credito della madre e sa che per ogni operazione deve alla banca 1 euro di commissione!
Compra la bici di 20 euro , paga 1 euro di commissione, e si ritrova in tasca 79 euro!
L’euro non è andato perduto, ma semplicemente non fa più parte del potere di acquisto di Elisabetta.
L’euro di commissione è una forma di “energia” che non può più essere convertita per comprare cose, è una sorta di energia che si è degradata!
L’euro di commissione è quanto di più vicino al concetto di calore (e poi di entropia) che noi fisici conosciamo!
Associare al concetto di energia quello di lavoro meccanico, quando si sa che la termodinamica ci restituisce una visione più ampia del fenomeno (e generalizza il concetto di lavoro e di energia), significa non solo fare un torto verso i nostri studenti, ma soprattutto indurre una serie di misconcezioni che sono difficili da eliminare!
La conservazione dell’energia è qualcosa di così radicato in noi fisici che la ritroviamo anche nella Cosmologia, dove parliamo di energia oscura, quintessenza, ma anche in Meccanica Quantistica.
Avremo tempo di vedere tutti i fenomeni associati a questo principio, per ora lasciamo la nostra Elisabetta giocare con “qualcosa che si conserva”.
Per qualsiasi dubbio, suggerimento, proposte, scrivete ad Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Bibliografia
http://storiascienza.wikifoundry.com/page/Come+definire+l'energia%3F
http://alpha.science.unitn.it/~colletti/download/calore_energia.pdf
R. Feynman, The Feynman Lectures, I-4