Energia

Dobbiamo ora introdurre un nuovo concetto che riveste un ruolo fondamentale nello studio della Dinamica e, più in generale, nell'intero mondo della Fisica: quello di energia.

 

Nella vita di tutti i giorni usiamo spesso il termine energia riferendoci alla capacità e all'intensità con cui svolgiamo le attività quotidiane, e capita spesso di dire "mi sono svegliato pieno di energie" o anche "oggi sono stanco, non ho proprio energie".

 

Ma cosa si intende fisicamente con la parola energia? Qual è la definizione di energia in termini fisici rigorosi? È la domanda cui cercheremo di dare una risposta sintetica nelle righe seguenti, e che approfondiremo mediante formule, caratterizzazioni e teoremi nelle lezioni che seguiranno, nella Dinamica e oltre. ;)

 

Cos'è l'energia?

 

Come il lavoro, anche l'energia è una grandezza fisica difficile da definire a parole, pur essendo un termine che noi tutti conosciamo. Quando però si chiede ad un fisico o ad un professore di spiegare a parole cos'è l'energia, ecco che ci si trova nell'imbarazzo di non sapere esattamente cosa rispondere.

 

In effetti, l'energia è una di quelle grandezze della fisica piuttosto astratte, che hanno una definizione matematica ma che non rappresentano qualcosa di materiale, né qualcosa di tangibile che possiamo osservare direttamente. Spesso anche concetti che possono apparire più semplici da comprendere, come la nozione di massa, possono nascondere insidie teoriche non secondarie (come vedremo quando ci occuperemo della differenza tra massa inerziale e massa gravitazionale).

 

Quando si parla di energia per la prima volta, nonostante le definizioni matematiche, i discorsi e tutti gli esempi che se ne possono fare, spesso non si sa esattamente di cosa si sta parlando. Vediamo subito la definizione di energia:

 

l'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro, indipendentemente dal fatto che il lavoro venga davvero compiuto o meno.

 

Come potete vedere, la definizione non spiega esattamente cos'è l'energia e consiste piuttosto in una definizione operativa che spiega ciò che l'energia fa o potrebbe fare (compiere lavoro) se le condizioni lo permettono.

 

Ho letto la definizione, ma ancora non ho capito cos'è l'energia!

 

Se è la prima volta che affrontate questo argomento, e non avete capito nella pratica cos'è l'energia, vi rassicuriamo subito: è normale che sia così. :) Come abbiamo anticipato, l'energia non è una grandezza concreta: è la capacità di un corpo di compiere lavoro, secondo la definizione di lavoro che abbiamo dato nelle lezioni precedenti.

 

Col procedere nello studio della Fisica però, studiando sistemi e modelli fisici, analizzando esempi e accogliendo il grande aiuto della Matematica, avremo modo di comprendere davvero la definizione di energia che abbiamo scritto poco sopra. Per il momento, al di là del tipo di definizione che vogliamo dare dell'energia in fisica, è importante capire che questa grandezza è fondamentale per comprendere molti fenomeni fisici.

 

Perché definire l'energia come concetto fisico? A cosa ci serve?

 

Perché l'energia è ovunque sotto diverse forme e - aspetto importantissimo - come approfondiremo nel seguito l'energia si conserva: se osserviamo un sistema fisico in un certo momento e ne calcoliamo l'energia, troviamo un certo valore; se poi lasciamo che il sistema si evolva spontaneamente e ne ricalcoliamo l'energia, ritroviamo esattamente lo stesso valore riscontrato inizialmente.

 

A costo di risultare noiosi, lo ripetiamo: più che conoscere una definizione dell'energia a parole, è importante capire come funziona, quali sono le sue caratteristiche e in che modo questo concetto ci può aiutare nella comprensione dei fenomeni naturali.

 

D'ora in avanti, in qualunque argomento trattato, non potremo fare a meno di parlare di energia in tutte le sue forme, perché essa è una grandezza fondamentale per lo studio e l'evoluzione di qualunque sistema fisico... Anche per quelli che abbiamo trattato fino a questo punto. ;)

 

Tipi di energia

 

In Fisica ci sono diversi tipi di energia, tutti riconducibili alla definizione data in precedenza, ed ogni branca della Fisica (Meccanica, Termodinamica, Elettromagnetismo, Relatività, Meccanica quantistica) si occupa di fornire una caratterizzazione dell'energia relativamente ai modelli di cui si occupa.

 

Non vogliamo anticiparvi la sorpresa :P e per ora vi basti sapere che in Meccanica, ed in particolare nella Dinamica, le forme di energia che ci interessano sono:

 

- l'energia cinetica

 

- l'energia potenziale

 

- l'energia meccanica

 

dove l'energia meccanica di un sistema è definita come la somma di energia cinetica ed energia potenziale del sistema stesso. Nel seguito dedicheremo lezioni specifiche a ciascuno di questi argomenti, nonché del principio di conservazione dell'energia meccanica.

 

Per ogni forma di energia esiste una particolare formula dettata dalle sue caratteristiche. In ogni caso l'energia è sempre una grandezza scalare, cioè una grandezza caratterizzata da un valore numerico e da un'unità di misura: in questo caso, il joule (J), esattamente la stessa unità di misura che abbiamo introdotto per la prima volta nella lezione sul lavoro.

 

Che il lavoro sia allora legato all'energia, visto che hanno la stessa unità di misura? La risposta è sì, e ci occuperemo di questo aspetto nella lezione sul teorema dell'energia cinetica. ;)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

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Tags: l'energia e i diversi tipi di energia - energia potenziale - energia cinetica.