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Una palla di biliardo in movimento possiede energia per il fatto stesso che si muove. Se colpisce un'alta palla, la spinta esercitata dalla prima mette in movimento la seconda palla, e si ha così un "lavoro". L'energia posseduta da un corpo in movimento si chiama
energia cinetica.
Un corpo che non sia in movimento non possiede energia cinetica, ma ciò non significa che non possieda affatto energia. Consideriamo il bacino idrico di un lago montano: se poniamo una ruota munita di pale all'estremo inferiore di un tubo che colleghi il bacino al fondo della valle, l'acqua che scende violentemente attraverso il tubo colpisce le pale e fa girare la ruota. Una volta posta in movimento, questa può compiere ogni tipo di lavoro; può, ad esempio, azionare un generatore e quindi produrre elettricità.
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Sopra: il pendolo: alle estemità l'energia è tutta potenziale, al centro è tutta cinetica.
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Sopra: a sinistra: scena di caccia preistorica in cui scoccando la freccia, l'energia potenziale dell'arco teso diviene energia cinetica.
L'acqua del lago, allora, possiede energia ancor prima di scendere attraverso il tubo, e la possiede a causa della sua posizione piú elevata rispetto alla ruota. Tale energia di posizione viene chiamata energia potenziale. L'energia potenziale è quindi energia che non compie lavoro, energia immagazzinata e disponibile per esser liberata al momento voluto; per liberare l'energia che si trova nel bacino, ad esempio, basta semplicemente aprire un rubinetto. Quando l'acqua del bacino scende e fa girare la ruota, l'energia potenziale del lago si trasforma in cinetica ed è trasferita alla ruota. Se c'è un'altra ruota ancora piú a valle, l'acqua possiede ancora energia potenziale per essa, mentre non ne ha piú per la prima.
L'esempio dei bacino idrico mostra come una forma di energia (energia potenziale) possa essere trasformata in un'altra (energia cinetica). Esattamente come ci sono diverse forme di lavoro, esistono diverse forme di energia. L'energia nucleare si trasforma in energia termica e meccanica quando avviene un'esplosione atomica; l'energia meccanica si trasforma in energia elettrica per mezzo di un generatore elettrico; l'energia termica si trasforma in energia meccanica in una locomotiva a vapore.
Tutto ciò porta all'enunciazione di uno dei principi basilari della scienza, quello della conservazione dell'energia. Esso afferma che l'energia non può essere né creata né distrutta, ma semplicemente trasformata da una forma in un'altra, e che durante le trasformazioni non si acquista né si perde energia. Tale principio fu
poi ampliato in quello piú generale della conservazione della materia e dell'energia, quando fu possibile accertare, mediante la teoria della relatività di Einstein, l'equivalenza fra massa ed energia. Ogniqualvolta sembri esservi stata una perdita di energia, occorre quindi chiedersi che cosa ne sia accaduto.
Sebbene l'energia non possa essere né creata né distrutta, è possibile distruggere l'energia utilizzabile, cioè quella che può essere usata per compiere un lavoro. Ogni qualvolta impieghiamo una riserva di energia per compiere un lavoro, ne sciupiamo una certa quantità, nel senso appunto che la trasformiamo in modo da non essere piú utilizzabile.
Osserviamo un pendolo: mentre oscilla si ha una trasformazione costante di energia cinetica in potenziale e viceversa. Nel punto piú basso dell'oscillazione il pendolo ha la massima velocità e tutta la sua energia è cinetica; nei punti piú alti esso si ferma prima di ridiscendere e l'energia è tutta potenziale. L'oscillazione poi diminuisce finché il pendolo si arresta e la sua energia sembra completamente scomparsa. Ma lo sfregamento del pendolo contro l'aria, prodottosi durante l'oscillazione, ha provocato un leggero riscaldamento sia dell'aria che del pendolo e quindi l'intera energia meccanica si è trasformata in energia termica, che, nel nostro caso, non è piú utilizzabile, ma che non è certo stata distrutta.
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Sopra: utilizzazione di energia cinetica : l'acqua viene imbrigliata e trasformata in elettricità.
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