Pillole di Fisica: conservazione dell'energia

Introduzione

«Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma»; potremmo partire proprio da questa famosa massima di Lavoisier per prendere dimestichezza con le energie. Per i fan delle espressioni matematiche possiamo scrivere la legge di Lavoisier così: Etot = Ui + Ki  = Uf + Kf   Intendiamo con ”U” l’energia potenziale (solitamente quella gravitazionale) mentre mentre con “K” intendiamo l’energia cinetica; tale espressione ci dice che la somma in un qualsiasi punto e in un qualsiasi istante di queste due energie darà sempre una stessa quantità definita E o Energia meccanica.   Prendiamo come esempio questa ragazza che molla una palla da una certa altezza. Nella situazione di partenza la palla è ferma e non ha energia cinetica (Quindi K = 0) ma ha molta energia potenziale (la palla è infatti molto in alto).   Ora analizziamo invece la situazione opposta: la bambina ha lasciato cadere la palla che ora sta per toccare terra. In questo caso l’energia potenziale è nulla (Quindi U = 0, poiché la palla è all’altezza del suolo) mentre nel cadere ha acquisito molta velocità e ha dunque energia cinetica.   I due appena analizzati sono i casi estremi, ma se prendessimo un punto qualunque durante la caduta, la legge sarebbe comunque applicabile. Troveremmo una certa quantità di energia potenziale e una certa quantità di energia cinetica (ovviamente a seconda di quanto in alto e quanto veloce è la palla) la cui somma darebbe sempre E.  Ma vediamo ora più da vicino i protagonisti di questa equazione.  

Energia Cinetica

Energia propria di un corpo in virtù della velocità posseduta. K = ½ m ⋅ v2  La differenza di Energia cinetica ci dà inoltre info sul lavoro eseguito sul corpo (L = ΔK)  

Energia Potenziale

Energia posseduta da un corpo in virtù della propria posizione. Nel caso in cui si parli di Energia potenziale gravitazionale, l’energia aumenta all’aumentare dell’altezza rispetto al punto di riferimento (il suolo di solito).  U = mgh   Non dimentichiamoci però che esistono altre forme di U come la potenziale elastica o la potenziale elettrica.   Per quale motivo allora, se mi getto in bicicletta a capofitto, senza frenare, giù da un pendio e poi ne risalgo un altro senza pedalare non riuscirò mai ad arrivare alla stessa altezza di partenza? Non abbiamo detto che l’energia si conserva sempre? Corretto, bisogna però fare un distinguo tra una situazione ideale come quella dei problemi e una situazione reale in cui entra in gioco l’attrito.  L’attrito è una forza che mette sempre i bastoni tra le ruote al moto e ci fa perdere energia.  In particolare, tutta l’energia che viene persa in uno scambio (e che non ci permette di risalire completamente la seconda collina) viene convertita in calore o rumore dall’attrito.    Speriamo che ora il concetto di energia meccanica vi sia un po’ più chiaro…non era così male, no?