La scienza simpatica – parte 1 – Energia
Mini saggio tragicomico: “Energia, questa conosciuta!”
Pannelli fotovoltaici, pannelli solari, pale eoliche, impianti idroelettrici, impianti termoelettrici, termovalorizzatori, batterie, sistemi cinetici di produzione, geotermia, correnti oceaniche ecc. Siamo ormai assillati nella ricerca di nuove forme di energia pulita… già l’Energia… ma cos’è?
L’energia è quella grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto… soprattutto se si ha voglia di svolgerlo e di non “marcare visita”!
Oggigiorno si cerca di conservare, risparmiare e nel contempo produrre energia, che sia essa elettrica, termica o altro… ma spesso cerchiamo di andare contro ai suoi principi.
Insigni scienziati hanno studiato questi principi ed enunciato le loro leggi. Si parla della Legge della Conservazione dell’Energia, oppure della massa, della forza ecc.. In pratica si conoscevano empiricamente i principi, ma fino al XVII secolo non si riuscivano a dimostrare: spesso veniva affiancato il risultato ad un volere divino, che di per se c’entrava, ma che non chiedeva di essere preso in parte, perché l’ultima volta che insegnò qualcosa, gli mangiarono i frutti che voleva tenere per se (voleva farsi fare uno strudel di mele), rimase abbastanza rattristato che dovette esiliare quei due e spostare in un altro mondo il suo bel giardino, per salvarne i frutti. Giove gli disse di metterlo da lui, ma le mele non venirono poi così buone: aggiunsero quindi l’uvetta passa, la cannella, i pinoli, la panna montata a parte… ma questa è altra storia…
Deve essere stato un nostro antenato preistorico che capì che strisciare un peso, ad esempio ciò che aveva cacciato oppure la compagna tirata per i capelli, lo stancava: dovette quindi procurarsi un qualche strumento per fare meno fatica e per prendere meno sassate dalla compagna quando rientrava in grotta…inventò la ruota dopo diversi tentativi… ma torniamo alla fisica (da non fraintendere con la bella scienziata)…
Prima del ‘600 si capiva, ad esempio, che imprimendo una forza alla ruota di un carro, questa girava, magari trasportando un carico di altre ruote. La forza delle braccia, delle zampe dei cavalli, dei buoi, trascinava il carro che alla fine faceva girare quella benedetta ruota. La ruota stessa, attraverso la sua struttura, poteva reggere il peso del carico del carro. Tutto un giramento di ruote! È un semplice esempio per imparare che l’Energia non si distrugge, bensì si trasforma. L’energia di quei buoi, poi, serviva per trainare l’aratro, per la semina, la produzione del raccolto ed, infine, il cibo che sarebbe servito per creare nuovamente energia sia agli animali che agli uomini, per essere ritrasformata in forza lavoro, il traino dell’aratro e così via…non finiva mai, finché le ossa ti reggevano. Questo è il primo principio di Conservazione dell’Energia, e, a questo punto, della specie.
Un illustre fisico, non muscoloso, ma tecnico, Richard Feynman scrisse:
« C’è un fatto, o se volete una legge, che governa i fenomeni naturali sinora noti. Non ci sono eccezioni a questa legge, per quanto ne sappiamo è esatta. La legge si chiama “conservazione dell’energia”, ed è veramente una idea molto astratta, perché è un principio matematico: dice che c’è una grandezza numerica, che non cambia qualsiasi cosa accada. Non descrive un meccanismo, o qualcosa di concreto: è solo un fatto un po’ strano: possiamo calcolare un certo numero, e quando finiamo di osservare la natura che esegue i suoi giochi, e ricalcoliamo il numero, troviamo che non è cambiato… »
…semplice no? Quella divinità , di cui ho scritto sopra, si lustrava le unghie sul bavero della tunica… “Si! Sono stato io!”… ma confidandosi con Manitou, passandosi la pipa a vicenda, “… non dirlo a nessuno: non c’ho capito ‘na mazza!… m’è venuto così!”.
Abbiamo compreso, quindi, che l’energia non si distrugge ma si trasforma (meglio ribadirlo per i meno attenti…oh! Voi due con la pipa!… scrivo anche per voi! Ecchediamine!).
Illustrissimissimi scienziati, soprattutto nei primi anni del ‘900 diedero formula matematica a questi principi; formule che poi fecero dannare sui banchi gli studenti di fisica a qualsiasi livello. Uno studente, ben poco modello, tedesco trovò il legame tra massa e energia, che gli insigni colleghi, fino a quel giorno, non riuscivano a mettere in relazione: massa era decisamente scontrosa ed energia tanto orgogliosa… ci si mise di mezzo la fenomenale ed appariscente, nonché semplicissima Velocità della Luce, nobile e snob.
E=mc²
“E” indica l’energia contenuta o emessa da un corpo, “m” la massa corrispondente e “c” la costante costituita dalla velocità della luce. Albert, che di cognome faceva Einstein, nel 1905 sviluppò l’ennesimo teorema, o teoria che dir si voglia, che a scuola avrebbe continuato a far tremare i ragazzi: la Relatività Ristretta.
A questo punto mi viene in aiuto internet! Per meglio chiarire come funziona questa notissima equazione, si consideri il seguente esempio. Consideriamo l’uranio-238 che di per sé non è fissile e costituisce oltre il 99% dell’uranio che si trova in natura (solo lo 0,7 % dell’uranio reperibile naturalmente è uranio-235, necessario per la fissione nucleare; per tale motivo l’uranio viene opportunamente arricchito). Tuttavia un nucleo di uranio-238 può decadere naturalmente formando un nucleo di torio-234 e un nucleo di elio-4. Sommando la massa dei due nuovi nuclei si rileva, però, che essa è minore del nucleo originario di uranio; in particolare risulta mancante una quantità di massa pari a 7,6 x 10−30 Kg, che non è sparita, ma si è trasformata in energia. L’equazione di Einstein consente di determinare quanta energia è stata liberata dalla scissione del nucleo di uranio: E =(7,6 x 10−30Kg) x (9,0 x 1016m²/s²) = 68,4 x 10−14J = 6,8 x 10−13J. Questo risultato è confermato sperimentalmente. (Cit. Wikipedia)
Ora chiedo a “quei due” se si poteva fare in modo che sto uranio-238 non desse problemi di sorta e che il 235 non si scontrasse col 112 perché poi ci toccherebbe chiamare il 113 o il 118, alla velocità della luce, si intende!
Prima del 1905 esistevano due leggi (o princìpi) di conservazione ben distinte e separate: la legge di conservazione della massa, scoperta da Lavoisier, e la legge di conservazione dell’energia (primo principio della termodinamica), alla cui scoperta hanno contribuito, nella seconda metà del 1800, diversi scienziati (Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday): “nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma”. Einstein ha unificato le due leggi in un unico principio di conservazione, che coinvolge unitariamente tutti i processi fisici di trasformazione della massa in energia e viceversa, dato che l’una può trasformarsi nell’altra secondo una esattissima relazione matematica. Ciò che resta sempre costante sul nostro piccolo pianeta e nell’universo è la somma di massa ed energia. Con Einstein è nato, quindi, il principio di conservazione della massa–energia. (Cit. Wikipedia)
Anche questo è semplicissimo! Manitou, posata la pipa disse: “meglio che la smettiamo, ne abbiamo fatte troppe…la prossima volta ci metto un po’ più tabacco…”
L’Energia, quindi, c’è amica, ne abbiamo estremo bisogno per vivere, per viaggiare, per leggere un giornale, per guardare la televisione, per bere una buona tazza di caffè, per andare al gabinetto con lo smartphone, col tablet, con l’iPod…
Ed ora sta a Voi che avete letto queste mie poche righe. Ogni santo secondo della nostra vita siamo a bruciare energia per trasformarla in altro…
Trovatemi una produzione di energia dal nulla, così da migliorare le nostre conoscenze scientifiche di base…
Ah, il solo moto perpetuo che conosco è quello scritto da Paganini (che non ripete).
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” Tutto è energia e questo è tutto quello che esiste.Sintonizzati alla frequenza della realtà che desideri e non potrai fare a meno di ottenere quella realtà.Non c’è altra via.Questa non è Filosofia, questa è Fisica.”
Albert Einstein