Il principio di conservazione dell’energia: perché l’energia non si crea nè si distrugge

Nulla si crea, nulla si distrugge: tutto si trasforma. Quante volte abbiamo sentito pronunciare questa frase? In questo articolo analizziamo insieme il significato di uno dei principi più importanti di tutta la Fisica.

Vari tipi di energia

Cosa ci viene in mente quando parliamo di energia? Probabilmente la prima cosa a cui pensiamo è una lampadina o, forse per i più grandi, l’ultima bolletta di luce e gas da dover pagare: quella elettrica però rappresenta soltanto una delle possibili forme di energia, nello specifico quella associata alla presenza e al moto di cariche elettriche all’interno della materia.

Il concetto di energia, tuttavia, si ritrova in tanti altri contesti, anche molto diversi tra loro: ad esempio, possiamo utilizzarlo per descrivere una macchina in movimento, per comprendere il funzionamento di uno scaldabagno domestico, ma anche per indagare le origini del nostro Universo. Se ci pensate, effettivamente tutto ciò che ci circonda è energia: noi ci nutriamo di energia, ci muoviamo grazie all’energia e ritroviamo l’energia in qualsiasi tipologia di strumento che utilizziamo nella nostra quotidianità. La domanda, allora, sorge spontanea: che cosa si intende davvero per energia? Come possiamo definirla? E, soprattutto, quali sono le sue caratteristiche? Scopriamolo insieme.

Che cos’è l’energia?

Il termine energia deriva dal greco “enérgeia” e fu introdotto per la prima volta da Aristotele, con la convinzione che ogni essere in natura possedesse un’energia che si relaziona con il proprio fine. Ad esempio, un cavallo che traina un carro lungo una strada possederebbe un’energia che utilizza per un fine ben specifico: mantenere il carro in moto e giungere a destinazione. Nel corso dei secoli, il concetto aristotelico di energia si è perso, lasciando spazio a nuove possibili definizioni.

Definire l’energia, sebbene sia uno dei concetti cardine di tutta la Fisica, è tutt’altro che semplice: sappiamo che è indispensabile per spostare o trasformare la materia, ma non è qualcosa che si tocca o che si vede ed è proprio in questa astrazione che risiede la difficoltà. Formalmente, i fisici descrivono l’energia come quella grandezza che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere un lavoro, indipendentemente dal fatto che il lavoro venga compiuto o meno. È evidente come questo tipo di definizione in realtà non spieghi cosa sia effettivamente l’energia, ma piuttosto cosa fa o cosa potrebbe fare in determinate condizioni. Infatti, indipendentemente dalle forme con cui l’energia può presentarsi in natura, viene sempre soddisfatto il principio di conservazione dell’energia, uno dei più celebri e affascinanti principi di tutta la Fisica.

Il principio di conservazione dell’energia

Nulla si crea e nulla si distrugge, tutto si trasforma da una forma ad un’altra. Ammettiamolo, quante volte abbiamo sentito pronunciare questa frase? Il principio di conservazione dell’energia non solo esprime la conservazione di una grandezza fisica così fondamentale, ma ci ricorda come ogni forma di energia può essere trasformata in una forma differente: questo porta a conseguenze importanti che si ritrovano in numerosi fenomeni che osserviamo ogni giorno.

Facciamo un esempio pratico

Pensiamo alle montagne russe e, come solo degli ottimi fisici sanno fare, mettiamoci nelle migliori condizioni possibili trascurando le forze di attrito. In queste condizioni, l’energia meccanica del sistema è conservata. Questo cosa significa? Man mano che il vagoncino sale dal suolo verso l’alto, acquista energia potenziale, che diventa massima nel punto più in alto. Poi, non appena inizia la discesa, l’energia potenziale si trasforma in energia cinetica ed il vagoncino acquista velocità. L’energia, dunque, si trasforma passando da una forma ad un’altra, rimanendo però complessivamente costante.

a cura di Giada Cacciapaglia