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Che cos’è l’energia

Il concetto di energia è piuttosto «sfuggente», in quanto essa si manifesta nella nostra vita di tutti i giorni nelle forme più diverse:• il sole ci riscalda con la sua energia;• di notte le luci dei lampioni si accendono grazie all’energia elettrica;• le calcolatrici funzionano a pile o a energia solare;• gli elettrodomestici funzionano grazie all’energia elettrica;• le automobili si muovono grazie all’energia fornita dal carburante;• noi stessi mangiamo per poter avere l’energia per affrontare la giornata.Ma che cos’è allora questa energia di cui parliamo? Quali sono le caratteristiche che accomunano tutti i tipi di energia? È necessario innanzitutto fare un po’ di chiarezza

e definire un denominatore comune tra tutte le forme di energia esistenti. Questo denominatore comune è il lavo-ro: l’energia è la capacità di un corpo o di un sistema di produrre lavoro.Il lavoro, a sua volta, è il prodotto di una forza applicata per lo spostamento causato dalla forza.Supponiamo di dover spostare una cassa da un punto A a un punto B (figura 1).Per spingere la cassa noi applichiamo una forza F (figura 2).Il lavoro che facciamo per spostare la cassa dal punto A al punto B è pari a:

L = F • s

Dove con s si indica lo spostamento da A a B.Siamo stati in grado di spostare una cassa da un punto A a un punto B e quindi aveva-mo l’energia per spostare la cassa. Questa energia viene trasferita alla cassa in quanto, a sua volta, può anch’essa produrre del la-voro. Se, per esempio, andasse a sbattere su un’altra cassa su un terreno privo di attrito, la sposterebbe.Quando facciamo del lavoro su un og-getto esso acquista energia, quando un oggetto compie un lavoro perde energia.

L’energia quindi non è un’entità statica, ma dinamica, e si trasferisce da un corpo all’altro in diversi modi.

Le diverse forme di energiaL’energia posseduta da un corpo assume nomi diversi a seconda delle condizioni in cui il corpo stesso si trova:• se il corpo è in movimento possiede energia cinetica;• se il corpo è situato ad una certa altezza possiede energia potenziale;• se è compresso o allungato possiede energia elastica;

Figura 1 Per spingere la cassa da A a B bisogna applicare una forza

Figura 2 Il lavoro compiuto per spingere la cassa da A a B è uguale alla forza F molti-plicata per lo spostamento da A a B

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• se è riscaldato possiede energia termica;• se subisce una reazione chimica possiede energia chimica;• se è composto da elementi chimici particolari, detti nucleari, possiede energia nu-

cleare.

Figura 3 Il sole e la molla, per quanto molto diversi, hanno un punto in comune: entrambi possiedono energia

L’energia cineticaL’energia cinetica è l’energia posseduta dai corpi in movimento. Un corpo che possiede energia cinetica è in grado di produrre del lavoro, ad esempio è in grado di spostare un altro oggetto.

L’energia potenziaLeL’energia potenziale è l’energia posseduta da un corpo per il semplice fatto di trovarsi ad una certa altezza dal suolo.Cerchiamo di capire da che cosa deriva il termine «energia potenziale». Un corpo, per trovarsi ad una certa altezza, deve essere stato sollevato dal suolo.Questo vuol dire che una persona ha compiuto del lavoro per sollevare il corpo e il corpo ha acquistato l’energia che la persona ha speso per sollevarlo (figura 4).Questa energia rimane immagazzinata nel corpo fino a quando non viene fatto cadere, per esempio tagliando la corda della carrucola rappresentata in figura 4.È quindi un’energia che il corpo possiede «in potenza»

ed è in attesa di essere utilizzata: ecco perché si chiama «energia potenziale».Cadendo, un corpo (figura 5):• aumenta la sua velocità e quindi la sua energia cinetica;• diminuisce la sua altezza dal suolo e quindi la sua energia potenziale;• può compiere del lavoro.

Figura 4 L’uomo ha compiuto un lavoro per alzare l’incudine con la car-rucola. L’incudine ha dunque acquistato energia sotto forma di energia potenziale

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Figura 5 Cadendo, l’incudine aumenta la sua energia cinetica, diminuisce la sua energia potenziale, compie lavoro

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L’energia eLasticaSupponiamo di comprimere una molla di un tratto XA.Per comprimere la molla abbiamo dovuto esercitare una for-za su di essa, facendole immagazzinare energia. Ha dunque un’energia potenziale che è chiamata energia potenziale ela-stica ed è pari a:

E = kxA

dove k è una costante, detta costante elastica della molla, e dipende esclusivamente dalla molla utilizzata.Se rilasciamo la molla essa tenderà a ritornare nella pro-pria posizione di equilibrio acquistando una velocità (quindi un’energia cinetica) e diminuendo l’energia potenziale.

L’energia termicaL’energia totale di un corpo in assenza di attrito si conserva. Ma che cosa succede se un corpo si muove in presenza di attrito? Supponiamo di far rotolare una pallina su una pista concava (figura 7).Se la pista fosse priva di attrito, la pallina continuerebbe ad oscillare all’infinito, men-tre in condizioni normali la pallina dopo un po’ si ferma.Ciò non vuol dire che l’energia non si è conservata; infatti, se noi misurassimo la tem-peratura della pista, noteremmo che essa è aumentata. In questo caso l’energia della pallina si è trasformata in calore.Se prendessimo una macchinina e la facessimo sbattere contro un muro essa si fer-merebbe, ma se andassimo a misurare la temperatura nel punto di impatto prima e dopo lo scontro vedremmo che essa è aumentata.In questo caso l’energia cinetica della macchinina si è trasformata in calore e quindi possiamo considerare il calore come un’altra forma di energia: l’energia termica.Quando si riscalda un corpo, gli si fornisce energia termica e il corpo aumenta la sua temperatura.Quando si raffredda un corpo, gli si sottrae energia termica e il corpo diminuisce la sua temperatura.

Figura 6 Una molla compressa ha un’energia potenziale elastica pari a E = kxA

Figura 7 Facendo rotolare la palli-na su una pista, essa dopo un po’ si ferma: l’energia di movimento si trasforma in calore