Vacanze tra energia potenziale e cinetica

Pieno agosto: Bob chiama Alice sul cellulare durante una pausa della sua faticosa vacanza estiva sui monti.

Bob – Alice, come stai? Sempre al lavoro?

Alice – Sì, sono in città e al lavoro: per me è il periodo migliore per riordinare un po’ di cose, studiare e aggiornarmi ma anche preparare con calma la ripresa delle attività. Poi stare in città ad agosto è bellissimo!

Bob – Non ti capirò mai, per me agosto vuol dire sabbia, sole e mare, oltre che pasta con le sarde e fritture di paranza…

Alice [sarcastica] – Eppure, a quel che mi risulta, in questo momento non stai proprio al livello del mare, no?

Bob – Te l’ha detto Zoe, vero? Sì, mi hanno trascinato qua sui monti a scapicollarmi per sentieri invece di godermi il meritato riposo e prendere un’abbronzatura degna di questo nome. Sono riuscito a negoziare solo l’ultima settimana, che ci faremo al mare.

Alice [ridendo] – Proprio non so immaginarti con scarponi, zaino e attrezzatura da ferrata!

Bob – Sei matta? A me vengono le vertigini solo a prendere la seggiovia… e comunque sto faticando come un mulo, due ore di salita per arrivare in un rifugio pieno di gente che parla tedesco e dove l’unica cosa positiva è il ragù di cervo, almeno credo che sia cervo…

Alice – Ho fatto un bel po’ di trekking sui monti a luglio ed è stata, come al solito, una vacanza bellissima.

Bob – Certo, perché a te piace faticare pure quando dovresti rilassarti… mo’ siamo in cima a questo valico nel rifugio e, dopo pranzo, con tutta la fatica che abbiamo fatto per salire, dovremo ridiscendere. Ma ti sembra sensato?

Alice [ridendo] – Stai trasformando energia da un tipo all’altro!

Bob – Che?

Alice – Ora hai aumentato la tua a discapito di quella cinetica, a sua volta mediata da quella chimica dei tuoi muscoli.

Bob – Energia potenziale? Ma quale energia! In questo momento sono assolutamente spompato e privo di energie, anche se quando arriverà il piatto di fettuccine al ragù spero di riprenderne un po’.

Alice – A parte che in un rifugio potresti prendere polenta, canederli o altre squisitezze locali, in ogni caso hai sbagliato: ce l’hai già l’energia, solo in una forma che non ti appare evidente, l’energia potenziale appunto.

Bob – E che roba sarebbe?

Alice – Nel salire sul valico, hai speso grazie all’azione dei muscoli delle gambe, ma hai acquisito energia potenziale in quanto sei salito di quota. La tua energia potenziale a quota più bassa era infatti più bassa.

Bob – Vuoi dire che anche se mi sento KO sono pieno di energia?

Alice – Non pieno, ma pensaci un attimo: da dove sei, semplicemente lasciandoti cadere, che so con un parapendio, potresti tornare a terra senza nessuna fatica, trasformando in energia cinetica quella potenziale, che quindi devi per forza avere adesso, senza sforzo alcuno: non dovresti attingere alle riserve di energia chimica dei tuoi muscoli ma usare solo quella potenziale per convertirla in cinetica.

Bob – Ci manca solo di schiantarmi col parapendio… E poi questa “energia invisibile” non mi convince!

Alice – Uff! È lo stesso principio usato nelle centrali idroelettriche: ti sei mai chiesto a che servono le dighe?

Bob – A creare energia elettrica appunto.

Alice [sbuffando] – Ma quale creare, l’energia si trasforma tutt’al più! Nel caso delle centrali idroelettriche, l’energia elettrica viene prodotta da dinamo che girano grazie all’energia cinetica dell’acqua che cade, o meglio viene convogliata, alla turbina da un punto più alto: dunque l’energia potenziale iniziale dell’acqua si trasforma in energia cinetica e quindi in energia elettrica.

Bob – Sta a vedere che questa energia cinetica è un’altra di quelle cose fondamentali di cui ignoravo l’esistenza…

Alice [con convinzione] – È precisamente così! Per chi se lo ricorda è solo una U nelle equazioni del moto di un sistema conservativo, ma in realtà è una quantità fisica fondamentale in molti campi, per esempio ovunque siano presenti moti oscillatori, dalle travi dei ponti, alle molle, ai pendoli…

Bob [interrompendola] – Le travi dei ponti? Perché sono sospese?

Alice [sospirando] – No, perché le travi, come tutti i mezzi elastici, vibrano se sollecitate. Pensa all’esempio di una molla: immagina di comprimerla al massimo. A quel punto la molla è ferma, e tutta la sua energia è potenziale. Se all’improvviso la lasci, la molla si estende con un movimento brusco, quindi la sua energia è cinetica, ma, quando raggiunge la sua massima estensione, per un brevissimo istante si ferma, e la sua energia è di nuovo tutta potenziale, per poi ricomprimersi, e di nuovo la sua energia è cinetica. E così via. In realtà l’energia della molla è sempre somma di quella cinetica e di quella potenziale, ma la percentuale delle due varia dallo 0% al 100% in modo opposto durante il moto. Chiaramente, durante il movimento, la molla dissipa un po’ della sua energia, quindi a lungo andare la sua oscillazione è sempre più piccola fino a smorzarsi del tutto, ma questo è un altro conto.

Bob – Quindi ora io sono una specie di molla al massimo della sua estensione in attesa di ricomprimersi?

Alice – In qualche senso sì, se vuoi vederla a questo modo. Chiaramente tu possiedi molta altra energia oltre a quella potenziale, come energia chimica, termica…

Bob [interrompendola] – Basta mi fai sentire come una specie di centrale nucleare ambulante! Vabbe’ ti avevo chiamato per sentire come stavi e fare quattro chiacchiere ed ecco che mi mandi in fumo il cervello con una nuova spiegazione di cose delle quali ignoravo completamente l’esistenza… Ma ora che l’ho scoperta voglio subito applicarla.

Alice [con curiosità] – E come?

Bob – Voglio misurare l’energia potenziale della fettuccina al ragù mentre scende nel mio stomaco.

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