energia è una parola che viene usata spessissimo e per quanto sia una parola italiana che ha mille sfumature sovente viene usata proprio nella sua accezione fisica quando parliamo di energia elettrica energia nucleare di riserve energetica di comprare energia di produrla di venderla ecco quella energia lì è quella di cui si parla nei libri di fisica l'assistente nominare così spesso che potrebbe venire da chiedersi Che cos'è l'energia Beh la risposta la dovremmo trovare su un libro di fisica quando vogliamo sapere cos'è una forza una velocità una massa quando vogliamo capire o rinfrescarci i concetti di cinematica moto dei corpi o principi della dinamica della termodinamica se ci chiediamo cos'è la temperatura il calore Insomma tutte ste robe non dobbiamo fare altro che aprire un libro di fisica lì ci sono le definizioni lì è spiegato per bene leggiamo e di solito si capisce se però utilizziamo questa procedura con l'energia succede da qualcosa di strano Ma non strano per dire una frase affetto proprio strano in ogni libro di fisica non subito ma dopo un po' trovate il capitolo dedicato all'energia di solito si intitola così l'energia e lì dite sono nel posto giusto adesso me lo spiegano e invece no si comincia a leggere per trovare una bella definizione magari una formula qualche spiegazione comprensibile e non è così sia la sensazione che chi ha scritto Quel capitolo non abbia le idee ben chiare e slalomeggi un po' Cercando di evitare di centrare la questione da anche un po' fastidio sta cosa una definizione a volte la si trova ma è piuttosto Fumosa si legge che l'energia è una grandezza fisica fin qui che misura la capacità di qualcosa non si capisce bene cosa di produrre del lavoro poi magari c'è anche scritto che non è detto che questo qualcosa quello al lavoro poi lo faccia lascia un po' interdetti ma di solito proseguendo nella lettura appare chiaro che l'autore o l'autrice non ce lo vuole dire con chiarezza Che cos'è questa energia viene un po' la sindrome del non ce lo vogliono far sapere di solito quando qualcuno non ci dice una cosa o non ce la vuole dire o più banalmente non la sa ecco in questo caso se vogliamo provare a capire dobbiamo partire da una missione che cosa sia esattamente l'energia non lo ha mai capito nessuno prendiamo due equazioni f = m * a forza uguale Massa per accelerazione e p uguale a m per V ossia quantità di moto Uguale alla massa per la velocità queste due espressioni hanno in comune solo una cosa sono delle equazioni ossia si dice che una certa cosa è uguale a un'altra basta Poi sono le cose più distanti che si possono immaginare appartengono a due mondi talmente lontani che metterle nella stessa schermata è quasi un sacrilegio per coloro che si stanno chiedendo perché metto altre due equazioni da questa parte mettiamo P per V uguale a nrt si chiama equazione di Stato dei gas perfetti dice che il prodotto di pressione e volume è proporzionale alla temperatura e da questa parte mettiamo densità uguale a Massa fratto volume Se avete voglia di pensare perché sono due categorie diverse fermate qui il video se proseguite l'arcano viene svelato Questa è una legge della natura Questa è una banale definizione Noi abbiamo chiamato una certa cosa ben precisa forza un'altra Massa un'altra accelerazione e un bel giorno ci siamo accorti che la forza è il prodotto della massa per l'accelerazione non l'abbiamo mica deciso noi lo abbiamo osservato lo abbiamo scoperto così come la relazione che nei gas perfetti lega pressione volume con la temperatura questa cosa qui invece no Questa l'abbiamo inventata un giorno ci siamo detti Ma sai che c'è Ci è comodo dare un nome al prodotto della massa per la velocità la chiamiamo quantità di moto ma potevamo chiamarla Giulio per dire solo che chiamare m per V Giulio è da idioti quantità di moto è più appropriato ma quello che conta è che questa cosa l'abbiamo inventata noi non è una legge della natura non è qualcosa che abbiamo osservato o sperimentato così come la densità Siamo noi che abbiamo deciso di chiamare densità il rapporto fra massa e volume è una scelta io posso dire che la massa al quadrato per la radice dell'accelerazione fratto la velocità da oggi la chiamo ciurca posso farlo nessuno me lo vieta a parte il desiderio di mantenere una dignità Ma cosa serve tutto sto discorso lo vediamo tra poco per intanto abbiamo chiarito questo poi torna sta roba riprendiamo la nostra energia nei libri di solito dopo qualche zigo zago a evitare di dire Che cos'è l'energia si comincia con gli aggettivi e si parla di energia cinetica energia potenziale gravitazionale e così via Col passare dei capitoli l'energia diventa la protagonista ve la trovate fino alla fine del corso di fisica si parlerà sempre di energia ma mai di energia e basta sempre di energia aggettivata energia termica energia nucleare e così via Il punto è che tutte queste forme di energia sembrano avere davvero poco in comune se non la parola energia per il resto possono essere distantissime apparentemente pensate all'energia potenziale gravitazionale di un corpo che è data dal prodotto della sua massa per considerazione gravitazionale per la quota rispetto a un piano di riferimento e l'energia potenziale elettrica dove si parla di due corpi carichi ed è il prodotto delle cariche fratto la distanza tra i corpi il tutto per una costante sono due mondi che paiono non avere niente in comune e allora perché chiamiamo tutte queste cose energia per capirlo bisogna fare un po' di storia e un esperimento mentale dovrebbero aiutarci spero andiamo a vedere [Musica] partiamo dall'esperimento mentale Supponiamo di avere un sistema in cui sono contenute un sacco di cose a nostro piacimento Pensate ad esempio a una scatola grande quanto volete all'interno della quale succedono cose ci sono oggetti qualcosa che brucia gas che si espandono pistoni correnti forze magnetiche cosa che viaggiano certe velocità cose in alto cosa in basso delle Molle se potete immaginare dentro davvero tutto quello che vi garba L'unica condizione che questa scatola non abbia alcun tipo di relazione con l'esterno con l'esterno non scambia nulla il mondo fuori dalla scatola Non fornisce nulla alla scatola sotto alcuna forma e viceversa la scatola è una sorta di Universo a sé stante Supponiamo poi di avere una macchina fotografica speciale in grado di scattare delle foto molto particolari che chiameremo foto scientifiche sono tali Per cui oltre all'immagine ci vengono forniti anche tutti i dati che vogliamo di quell'istante grazie a questa una fotografia tra virgolette possiamo sapere la temperatura di qualsiasi punto la velocità di ogni oggetto la corrente che circola dove circola In che posizione si trova che so una molla Insomma Noi siamo in grado Grazie a questo straordinario apparecchio di sapere tutto di quell'istante nessuna grandezza ci è preclusa ebrei di questa cosa scattiamo una foto ora sappiamo tutto di quell'istante e decidiamo di calcolare alcune cose ci inventiamo delle formule e cominciamo ad applicarle ad esempio prendiamo degli oggetti che si muovono e per ciascuno calcoliamo il prodotto della massa per la velocità al quadrato fratto 2 così poi per una molla calcoliamo il prodotto di un mezzo della costante elastica della molla per lo spostamento che ha subito al quadrato e così via ci inventiamo un sacco di grandezze le andiamo a calcolare e le teniamo lì fatta questa cosa scattiamo un'altra foto è un nuovo istante è passato del tempo il sistema è diverso alcuni oggetti si sono spostati altri hanno delle temperature diverse il gas si trova in un certo posto insomma c'è una nuova configurazione per questa nuova configurazione calcoliamo di nuovo tutte le grandezze che abbiamo calcolato prima sono tante e alla fine proviamo a confrontarle alcune sono rimaste uguali magari altre sono cambiate alcune sono cresciute altre sono diminuite scattiamo altre foto scientifiche e per ogni foto eseguiamo gli stessi calcoli e tutte le volte troviamo che le grandezze In generale si sono modificate a questo punto facciamo una cosa Punk torniamo ai dati del primo istante prendiamo tutte le grandezze che abbiamo calcolato e le sommiamo selezioniamo un numero passiamo alla seconda foto e calcoliamo ancora la stessa somma e otteniamo un numero a questo punto ci accorgiamo di una cosa molto strana i due numeri che abbiamo ottenuto sono uguali impacca proviamo con la terza foto stesso risultato stesso numero coincidenza Io non credo E infatti per ogni foto con la quale proviamo a fare Questo esercizio di sommare tutte queste quantità otteniamo sempre lo stesso valore vuol dire che i nostri termini che sommiamo singolarmente cambiano ma per quelli che aumentano ve ne sono altri che diminuiscono di una quantità tale per cui la somma resti costante ora torniamo al discorso dei diversi tipi di formule che abbiamo visto all'inizio tutte le cose che io ho calcolato le ho scelte e gli ho dato un nome ad esempio energia cinetica energia potenziale elastica energia potenziale gravitazionale elettrica e così via sono definizioni fanno parte di questa categoria abbiamo chiamato noi il prodotto di massa per il quadrato della velocità energia cinetica potevamo chiamarla Giulio Basta con Giulio Franco Umberto Giovan Carlo il fatto che la somma di tutte le quantità che abbiamo considerato resti costanti invece non lo abbiamo deciso noi quello lo abbiamo scoperto questa cosa in fisica si scrive così Delta e = a 0 e sta per energia Delta maiuscolo indica la variazione quindi Qui c'è scritto che la variazione di energia complessiva è 0 ossia che l'energia si conserva questa formula va scritta qua perché è una legge della natura questo però non risolve la questione energia cos'è capite che non è facile sappiamo che è una cosa che si conserva ma non è una cosa definita in modo preciso è un insieme di cose di fatto come se osservassimo un qualcosa di matematico Cioè sta somma è sempre uguale si può fare una cosa c'è la Bibbia della fisica il corso tenuto al caltech da Richard fayman negli anni 60 lì il livello è più alto ovviamente ma faimanyman era un genio della comunicazione e spiegava in modo sublime Ecco il suo capitolo sull'energia finalmente dovremmo capirci qualcosa di più faimant scrive bisogna tener presente che non abbiamo cognizione di che cosa è l'energia Ecco perché non ce lo volevano dire dal nostro esperimento si deduce che l'energia è di fatto un concetto astratto non è un meccanismo o un fenomeno semplicemente noi osserviamo che una certa quantità numerica Qualsiasi cosa succeda rimane uguale basta faiman A questo proposito fa un illuminante esempio con una scacchiera dice Guardate una partita di scacchi concentratevi sul movimento di un alfiere sui quadrati bianchi Qualunque sia il numero delle mosse si troverà sempre sul bianco [Musica] analizziamo il principio in sé ci dice che in natura c'è una certa quantità che si conserva la natura non è che fa distinzioni fra i vari tipi di energia Siamo noi che diamo i nomi ai vari fenomeni per capirci qualcosa ma come le abbiamo scelte queste quantità che poi sommiamo le varie energie per capirci Innanzitutto per quanto molto diverse le varie forme di energia devono avere ovviamente tutte la stessa unità di misura pertanto una volta stabilito che l'energia si misura in joule e che i joul sono Newton per metro sapendo Cos'è Un Newton Possiamo anche dire che i ghoul sono kg per metro quadro al secondo quadro vai giù sono anche Pascal per metro cubo Una caloria Vale circa 4,19 julen Oppure possiamo anche dire che un Giul corrisponde a 6,24 per 10 alla 18 elettronvolt ma possiamo scriverlo anche come un secondo per un What Ah beh saremo sicuramente i primi a fare questa battuta Simpatica brava che di cuoco però basta Insomma non posso prendere delle grandezze a caso devono avere la stessa unità di misura se poi voglio sommarla poi a questa cosa non si è arrivati ovviamente con l'esperimento della scatola che ho descritto io ci sei arrivati per gradi ma è interessante vedere brevemente come Perché in mezzo a questa storia c'è uno snodo cruciale della fisica a un certo momento infatti si cambiò protagonista Come vedere un film dove nella prima parte è evidente quella che sarà l'attrice principale e invece poi a un certo momento arriva un'altra attrice che si prende la scena fino a Newton la grandezza regina della fisica era la forza poi vi fu uno strano interregno Dopodiché successe qualcosa che spodestò la forza e da quel momento fino ad oggi la regina incontrastata è sempre rimasta lei l'energia [Musica] Chi è lo scienziato o scienziata che prima di tutti ha scoperto questo principio di conservazione sui libri di storia della scienza questo nome non lo trovate perché è stato un processo molto articolato raccontare la storia di questo principio è un viaggio di secoli nel mondo della Scienza perché è un'idea arrivata all'inizio del Settecento e Poi sviluppatasi man mano che la fisica si ampliava con nuove scoperte come ad esempio il rapporto fra elettricità e magnetismo e dunque ogni volta ci si interrogava sulla conservazione di alcune quantità e anche come potevano trasformarsi le une nelle altre Noi qui lasciamo solo qualche accenno storico cercando di dare uno sfondo a questo principio a volte capita che qualcuno faccia un esperimento e poi a distanza di tempo qualcun altro ne colga le implicazioni più profonde che erano sfuggite allo sperimentatore non è affatto inusuale quello che è inusuale visto il periodo storico che andiamo a raccontare è che l'esperimento in questione è stato capito e approfondito da una donna sto parlando di una persona davvero fuori dal comune che nel 1706 vede la luce e per restare in ambito di luce illuminerà la storia della scienza con la sua intelligenza Lei si chiama Emily di chatene quando Emily ha 16 anni william's gravesande fa un esperimento non so esattamente la pronuncia lui è olandese è nato a sertoghenbosh e quindi si chiama asgravesante si scrive così In ogni caso è il primo a fare delle misure sperimentali di energia cinetica in particolare con delle palle di ottone lasciate cadere da varie altezze su dell'argilla da questo osservazioni dedurrà che quella che noi oggi chiamiamo energia cinetica e funzione del quadrato della velocità da questi dati i video di ricaverà il principio che l'energia meccanica ossia la somma di quella potenziale gravitazionale e quella cinetica resta costante da questo momento Per oltre un secolo la fisica sarà attraversata dal concetto di energia in particolare di energia meccanica il nome che si usava era bis viva c'era anche la V morturba che era quella inerziale ossia quella del corpo inerte ma parallelamente resterà molto presente la discussione sulla quantità di moto la VIS viva era legata al prodotto di una massa per una velocità al quadrato la quantità di moto era lo stesso ma la velocità non è al quadrato anche la quantità di si conserva e dunque questi due elementi Vis viva quantità di moto cominciano a prendersi la scena a spese della forza che comincia a perdere man mano la sua centralità se vi intrippate con questa cosa e finite con leggere qualche testo in inglese attenzione la quantità di moto la trovate scritta con una parola latina ancora oggi utilizzata per indicare la quantità di moto in inglese ed è momento in italiano se la chiamiamo momento rischiamo di confonderci perché per noi il momento è un'altra cosa gli inglesi non si confondono perché quello che noi chiamiamo momento loro lo chiamano torc Quindi per noi c'è il momento la quantità di moto per loro c'è il talk e il momento Spero di non aver creato ulteriore confusione in francese dicono cantetemo saranno davvero molti Gli scienziati che contribuiranno a definire è meglio comprendere le varie forme di energia ma soprattutto a notare questo fenomeno della conservazione se inizialmente fu chiaro che l'energia potenziale gravitazionale si trasformava in energia cinetica quando un corpo cadeva col tempo grazie a Coriolis bernoulli a poncelè eccetera si comprese che il principio di conservazione poteva essere esteso e di fatto questa misteriosa energia era qualcosa che si conservava attraverso delle trasformazioni in pratica se da qualche parte spariva era perché si era trasformata in qualcos'altro e quindi non era veramente sparita ma la si trovava sotto altra forma la parola energia con questa accezione venne usata per la prima volta da Thomas Young nel 187 e il primo a parlare di legge di conservazione dell'energia fu William ranking nel 1850 il principio di conservazione dell'energia è anche il primo principio della termodinamica La ragione è che questo principio viene indagato in modo accurato proprio Con l'avvento della termodinamica siamo agli inizi dell'Ottocento e grazie a questa branca della fisica si potrà costruire definitivamente una teoria più completa riguardo alle diverse forme di energia sarà Infatti lo studio dell'energia termica la più particolare fra le varie forme di energia a chiudere il cerchio A questo proposito è doveroso citare il contributo di Julius Robert phon Meyer che nel 1845 pubblico un innovativo lavoro sul rapporto fra calore ed energia meccanica sostenendo che erano due forme di energia l'idea divenne Osservando il sangue dei suoi pazienti durante un viaggio in paesi caldi scoprì che era di un rosso più intenso perché veniva consumato meno ossigeno In sostanza consumavano meno energia per tenere a regime la temperatura corporea negli stessi anni ci si accorse che per quanto l'energia si conservi C'è una forma di energia quella termica che non può essere rimessa in circolo Diciamo che non la si riesce a particolare a nostro vantaggio di questo argomento abbiamo parlato della nostra serie sull'entropia per le persone interessate Queste sono le tre puntate in cui abbiamo sguazzato nell'energia termica la ragione dell'apparente mancanza di energia di cui sentiamo spesso parlare sta proprio nella difficoltà di trasformarla in energia utile per noi non è che manchi l'energia in sé per venire ai nostri giorni nel dicembre del 2022 si è tornato a parlare di fusione nucleare un gruppo di ricerca è riuscito a ottenere da una reazione termonucleare più energia di quella utilizzata per innescarla è un passo importante ma siamo ancora in un ambito di ricerca e studio creare una centrale termonucleare in grado di trasformare l'energia che si libera dalla fusione di nuclei atomici è ancora fuori dalle nostre attuali capacità Ciò non toglie che un giorno forse ci si potrà riuscire quando gli scienziati che si occupano di questa ricerca ci dicono che non si sa si chiama ricerca perché non si sa se la sapevano si chiamava trovata Grazie per aver seguito sicuro di aver detto tutti i tipi di energia No probabilmente qualcuno l'avrà scordata una importante c'è una forma di energia che è stata ipotizzata alcuni decenni fa deve esserci ci siete detti perché se non ci fosse le cose dovrebbero andare diversamente Eppure di questa energia si vedono solo gli effetti Nessuno è mai riuscito a comprendere da dove venga Abbiamo però un'idea di quanto vale ed è molto grande è enorme più di tutte le energie che conosciamo spaventa un po' l'idea che proprio l'energia Maggiore presente nell'universo sia quella ancora fuori dalla nostra comprensione Come da tradizione anche a questa abbiamo dato un nome e da quando è stata rilevata quel nome non è mai cambiato Ne parleremo in un prossimo video Ma se un giorno capissimo cos'è il suo nome risulterebbe inadatto perché se dovessimo comprenderla quella energia non sarebbe più energia oscura è in attesa dei prossimi video oltre a farvi attanagliare da pensieri strani sull'energia se vi va potete sostenerci iscrivendovi al canale o invitando altri a farlo ma se volete portarvi a casa qualcosa fare un atto più energetico a fronte di donazioni l'associazione Atelier può spedirvi i nostri prodotti fatti proprio per questo per sostenere Le nostre attività c'è il libro fallisce 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maniera un parallelo stilistico al al capitolo e quindi lo stile soprattutto dei primi due