Una grandezza particolare: l'energia

L'energia è una proprietà della materia che si manifesta sempre e ovunque si verifichino in natura cambiamenti o trasformazioni. Il concetto di energia è strettamente collegato al concetto di lavoro di una forza: una forza compie lavoro quando, applicata a un corpo, ne provoca uno spostamento. Se la direzione della forza (F) coincide con la direzione dello spostamento (s), il lavoro (L) può essere definito come prodotto della forza per lo spostamento:

L = F · s

L'energia viene usualmente definita come l'attitudine di un corpo a compiere lavoro (l'energia di un corpo misura il lavoro che esso è in grado di compiere).

L'unità di misura dell'energia è il joule (J), che corrisponde al lavoro compiuto dalla forza di un newton per provocare lo spostamento di un metro.

Esistono due forme di energia fondamentali: l'energia cinetica e l'energia potenziale.

L'energia cinetica (E_c) è quella associata al movimento di un corpo ed è proporzionale alla massa (m) del corpo e al quadrato della sua velocità (v): E_c = 1/2 m · v².

L'energia potenziale (E_p) è quella associata alla posizione (rispetto a un sistema di riferimento) di un corpo sul quale agiscono forze dovute alla presenza di altri corpi. Il caso più comune è quello dell'energia potenziale gravitazionale posseduta da un corpo soggetto all'attrazione terrestre. Se il corpo di massa m si trova a un'altezza h rispetto al suolo, la sua energia potenziale è data da: E_p = m · g · h, cioè dal prodotto della forza peso (data da m · g) per l'altezza h.

Si definisce energia meccanica di un corpo la somma della sua energia cinetica e della sua energia potenziale.

Altre forme di energia sono:

l'energia termica, derivante dall'incessante moto di agitazione delle particelle costituenti la materia e data dalla somma delle loro energie cinetiche (la misura dell'energia cinetica media delle particelle è data dalla temperatura, mentre si definisce calore l'energia termica che viene trasferita tra due corpi che si trovano a temperature differenti);

l'energia radiante o elettromagnetica, derivante da emissioni di radiazioni da parte di corpi eccitati (per esempio, la radiazione luminosa);

l'energia chimica, che dipende dalla struttura atomico-molecolare di un corpo (in particolare dalle forze dette di legame che tengono uniti gli atomi);

l'energia elettrica, derivante dal moto di cariche elettriche;

l'energia nucleare, che si manifesta nei processi di fissione e fusione nucleari.

Tutte le varie forme di energia si possono convertire le une nelle altre e possono essere trasferite da un corpo all'altro; tuttavia, la somma totale dell'energia prima e dopo una qualunque trasformazione è la stessa; in altre parole, l'energia totale rimane costante: è questa la legge di conservazione dell'energia, che può anche essere espressa nella forma: l'energia non viene creata né distrutta .