Forza senza sforzo ed energia illimitata: un sogno per l’Umanità. Ottenere moto senza applicare alcuna forza appare un’utopia, un miraggio, classificato come irrealizzabile, così come può apparire irrealizzabile l’idea di una fonte di energia completamente gratuita, fruibile senza difficoltà, che possiamo ottenere facilmente.
Le leggi della fisica paiono parlare chiaro e negare questa possibilità così suggestiva, relegando quindi il “perpetuum mobile”, l’energia infinita, che si rinnova in continuazione, al un mondo dei sogni: un’utopia irrealizzabile.
Eppure, questo sogno potrebbe non essere tale. Forse occorre solo modificare il nostro approccio con la realtà in cui viviamo, cercare un punto di vista diverso e cambiare idee ormai radicate dentro di noi, sostituendole con un’altra visione della realtà, del mondo.
E allora, quello che sembra utopico, lontano, diviene di colpo vicino, esattamente come possiamo avvicinare le stelle lontane semplicemente cambiando la nostra visione dell’universo. In fondo lo sappiamo tutti: la distanza è illusione, e tutto, cambiando le nostre percezioni, può essere davvero qui ed ora.
Che cos’è l’energia
È comunque importante partire dalla domanda di base: che cos’è l’energia? Questa domanda comporta riflessioni, considerazioni, idee. E’ uno dei termini più usati e forse abusati, soprattutto oggi; per esempio nel linguaggio del cosiddetto mondo spirituale la parola energia è utilizzata per indicare una grande categoria di cose, che vanno dall’interiorità, alla fisicità, a qualcosa di esterno, sino all’energia universale. Ci sono teorie per le quali la malattia è un calo di energia in una certa parte del corpo o, per contro, un eccesso. Forse è proprio partendo da noi, che potremo trovare il modo per non dipendere più da energia esterna.
Questo viaggio parte dalle basi, vale a dire da come la fisica definisce l’energia, facendo sì che quello che diremo abbia una precisa connotazione oggettiva. Infatti quando si parla di energia occorre cercare parametri oggettivi, che possano esulare dalle percezioni puramente soggettive, per giungere a qualcosa di sicuramente più globale e quindi definibile in termini scientifici.
Teniamo comunque presente che, parlando di energia, il rapporto tra esterno, vale a dire fuori di qualcosa, ed interno, cioè quello che succede dentro un sistema, sarà sempre presente, e potrebbe essere la chiave perché un sistema in qualche modo generi in sé infinita energia.
Energia potenziale e cinetica
In termini fisici vi sono, come vedremo, diversi tipi di energia, che possiamo raggruppare in tre grandi filoni: energia meccanica, energia termica, energia elettrica o elettromagnetica. Ognuno di questi filoni fa capo ad un settore specifico della fisica. Rispettivamente la meccanica, la termodinamica e l’elettromagnetismo. Si dimostrerà, poi, che questi settori sono molto più collegati di quello di quanto si possa pensare.
La definizione data per energia è “la capacità di un corpo di compiere un lavoro”. Per il momento accettiamola cercando di capirla più a fondo, comprendendo cosa sia il lavoro menzionato nella definizione. Esso è l’effetto di una forza che, a sua volta, sia in grado di far variare lo stato di quiete o di moto di un corpo. Va da sé che un corpo, non soggetto a forze, o è fermo o si muove di moto uniforme.
Abbiamo, quindi, nel rapporto tra “esterno” e “interno” di cui parlavamo: un corpo ha in sé uno stato di quiete e il moto giunge da un apporto “esterno” al corpo stesso. La forza può però venire anche da noi stessi e questa è già una produzione di energia.
In sostanza, l’energia è ciò che permette il movimento. E’ importante questo “permette”: infatti, non è detto che questo movimento avvenga, l’importante è che la possibilità di far avvenire il movimento vi sia. Si ottiene così un’ulteriore divisione nell’ambito dell’energia: se il movimento è solo in potenza, ma non avviene, l’energia si dice “potenziale”, altrimenti, nel caso in cui il movimento stia fattivamente avvenendo, l’energia è “cinetica”.
L’energia potenziale è quell’energia “racchiusa” in un corpo, pronta ad esprimersi quando le condizioni saranno favorevoli per permetterlo e questo avviene quando due potenziali differenti entrano in contatto. Un esempio è quello degli uccellini appollaiati su di un filo elettrico ad alta tensione, non toccando terra (che ha un potenziale differente) non rimangono fulminati. Abbiamo, quindi, definito due concetti importanti: la differenza e il potenziale e, forse, sarà questo che ci permetterà di ottenere “forze senza sforzo”, che utilizzino un potenziale in grado di auto-mantenersi o auto-rigenerarsi per ottenere un movimento.
Date queste premesse, è altresì importante comprendere cosa vuol dire produrre energia e cosa quindi si intende per fabbisogno energetico, cosa di cui oggi si parla molto.
Quello che permette quindi di produrre energia è la sua possibilità di trasformarsi da una forma all’altra. Per produrla dobbiamo quindi partire da un’altra energia, dalla quale otterremo quanto ci serve e che sia in grado di liberare tutta quel potenziale che potrà poi essere trasformato in quello che cerchiamo e che potremmo definire, a questo punto, “fonte di energia”.
Facciamo un esempio: se consideriamo una catasta di legna, questa è energia “in potenza”, se la bruciamo, otterremo calore, che poi potrà essere utilizzato per altri scopi. 
Se pensiamo ad una bicicletta alla cui ruota anteriore è collegata una dinamo con una lampadina, il movimento della bicicletta farà funzionare la dinamo, che produrrà l’elettricità necessaria a far funzionare la lampadina: siamo qui partiti da un’energia meccanica per generare energia elettrica. Il meccanismo utilizzato per la produzione di energia elettrica non è così dissimile: al posto delle dinamo, si useranno degli alternatori.
In tutto questo, sicuramente, abbiamo compreso che l’energia deriva da un qualcosa che è “esterno” ad un sistema. Come si sa dalla fisica, in un sistema chiuso ed isolato non vi è produzione di energia, se non per qualcosa che è stato fornito da fuori.
Il sistema può essere solo un “trasformatore”. In fondo, “nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma”. Il problema sarà se questo è sempre vero e, qualora lo fosse, quale potrebbe essere quell’”esterno” da cui attingere? Forse la chiave di volta del problema potrebbe essere proprio cambiare prospettiva su questo!
Tuttavia, se un’energia che ci serve deriva da un’altra energia, di altro tipo, è possibile in qualche modo realizzare un perpetuum mobile, che permetta un ciclo di trasformazione in maniera continua? Se, ad esempio, occorre moto per produrre elettricità, è possibile utilizzare questa elettricità per produrre il moto che occorre per produrla? In questo caso, avremmo realizzato una forma di energia perpetua.
Forse se lo sono chiesto anche i progettisti del primo treno a vapore, che ha costituito il primo passo verso il moto non generato da forza vivente: prima di allora, infatti, l’unico modo per ottenere movimento era quello di affidarsi a vetture trainate da cavalli.
La vaporiera si basa sulla trasformazione di energia termica in energia cinetica e possiamo subito osservare come un gas, sottoposto ad aumento termico, si dilati, consentendo ad esempio l’espansione di un pistone, mentre se la temperatura diminuisce il gas si contrae e il pistone si abbassa. E’ vero anche il viceversa: alzando un pistone il gas si raffredda e abbassandolo di colpo si scalda innescando un processo duplice.
Questo ci potrebbe far pensare ad un moto perpetuo, che trasformi calore in lavoro e nuovamente lavoro in calore, concetto che è stato smentito dal Secondo Principio della Termodinamica, che impone dei limiti ben precisi per la trasformazione del calore in lavoro. Nei suoi due enunciati possibili, quello di Clausius e quello di Kelvin, si afferma che non è possibile ottenere lavoro da una sorgente a temperatura costante e che non è possibile il passaggio di calore spontaneo da un corpo più freddo ad uno più caldo. Nello specifico, il secondo enunciato ci dice proprio che tutto tende all’equilibrio e che se abbiamo un corpo più freddo e un corpo più caldo e questi vengono messi a contatto, il calore passerà da quello più caldo a quello più freddo, fino a raggiungere un equilibrio.
Il ciclo termodinamico
Il primo ciclo termodinamico è stato ideato da Sadri Carnot e porta il suo nome. Tutti i motori, oggi, funzionano con cicli che sono molto simili a questo ed invertendo il ciclo termico, quindi percorrendolo al contrario, otteniamo un ciclo frigorifero: invece che un motore, quindi, otteniamo una pompa di calore, il cui scopo è quello di sottrarre calore, previo apporto di lavoro.
I frigoriferi che noi utilizziamo funzionano con un ciclo frigorifero, detto Rankine, dal nome del suo ideatore, non dissimile da un ciclo di Carnot percorso al contrario.
Va da sé, comunque, che, per mantenere una sorgente a temperatura elevata, occorre fornire energia, quindi occorre una certa fonte di energia. Oggi il moto dei treni viene ottenuto mediante energia elettrica e quindi occorre fornire energia per avere movimento. E per ottenere energia elettrica occorre un’altra energia, che può essere di vario tipo, sancendo quindi la dipendenza dalle fonti energetiche.
Abbiamo però ottenuto un altro elemento importante: che il movimento è ottenuto mediante una differenza di qualcosa, la quale è un’altra caratteristica che genera moto spontaneo.
La differenza di potenziale
Per mettere in movimento delle cariche elettriche non occorre spingerle materialmente: basta una differenza di potenziale. In fondo, nelle macchine termiche accade esattamente lo stesso: il pistone che farà poi muovere le ruote è mosso non da una forza meccanica, ma da una differenza di temperatura. In quel caso, la temperatura è una sorta di “potenziale termico”, che permette, quindi, di far alzare ed abbassare un pistone.
La differenza è ciò che fa muovere il mondo. Lo si diceva nei termini di confronto di opinioni, in termini quindi dialettici, ma questa affermazione vale in ogni settore dell’uomo: senza dialettica, vale a dire logica del confronto, nulla può andare avanti.
L’acqua scorre per differenza di altezza, altrimenti ristagnerebbe, gli stessi venti avvengono per una differenza di pressione: se la pressione fosse la stessa, non vi sarebbe alcuna forma di vento. Anche le citate cariche elettriche seguono questa legge, ed è proprio la differenza di potenziale che le mette in movimento (in termini tecnici, si dice che la forza elettromotrice, vale a dire quella che fa muovere le cariche elettriche, è equivalente alla differenza di potenziale).
Questo potrebbe far sorgere ancora l’idea di un moto perpetuo, in cui la differenza di potenziale genera movimento all’infinito. Tuttavia, come detto prima, la natura tende all’equilibrio, quindi il potenziale, se non viene mantenuto differente, tende ad equilibrarsi. Nel caso del vento, è proprio la tendenza al riequilibrio che permette il flusso di vento. Nel caso del passaggio di calore, questo avviene finché i due corpi avranno la stessa temperatura. Nel caso del potenziale, è la tendenza del potenziale a tornare in equilibrio che provocherà il movimento di cariche. Per mantenere questa differenza di potenziale, quindi, occorrerà farlo in maniera artificiale, utilizzando una qualche fonte di energia che ci permetta di mantenere quello stato. Anche nel caso di una macchina termica, se non utilizziamo qualcosa per mantenere il calore, questo non ci sarà più, e di conseguenza il movimento non sarà più possibile.
Da quanto visto sinora emerge, comunque, un altro dato credo interessante: qualsiasi azione che ci dia energia avviene da una forzatura sulla natura. Vale a dire da una rottura di equilibrio e dalla successiva azione di ripristinarlo. E’ quindi il sistema che si basa sulla forza, in qualche modo, e su una forzatura sulla natura stessa.
Si può ottenere energia all’infinito?
Ci si chiede, ora, se è possibile, invece, ottenere energia in maniera naturale, senza forzare la natura, ma piuttosto accondiscendendola, ascoltandone il profondo respiro. Forse è quel respiro stesso che ci potrebbe fornire la fonte di energia più bella e luminosa che possiamo trovare sul nostro cammino. Forse la chiave è proprio in questi termini: la natura stessa ci ha fornito la chiave per avere energia all’infinito, senza utilizzare forzature e lavorando in armonia con la natura stessa.
E sarà questa la chiave di partenza della prossima parte di questo articolo. Una modalità che, sicuramente, potrà aprire la strada a qualcosa di completamente nuovo ed aprire una nuova era nella storia dell’uomo.
Vorrei concludere questa prima parte, con un enunciato secondo me bellissimo: noi cerchiamo sempre tutto nella terra, mentre forse dovremmo volgerci verso il cielo e trovare nel cielo quanto ci serve.
Questa idea non è così diversa da quella che portiamo con noi da un concetto spirituale. In fondo, tutto su questo pianeta, ma anche nell’Universo, si muove. Il moto stesso è quello che caratterizza l’essenza stessa della vita. Uno stato di quiete assoluta è uno stato di non vita. La nostra stessa vita è costantemente in movimento e noi stessi lo siamo. Nulla resta uguale in due istanti diversi, quindi il movimento è parte di noi e della nostra stessa essenza. Dal momento in cui la nostra energia vitale termina, con essa finisce la vita come noi la conosciamo; cessano anche i movimenti nel nostro corpo. La vita stessa è possibile, nel nostro corpo, perché il cuore pompa sangue. La vita, quindi, è movimento di sangue nel corpo. Se il cuore smette di battere, quindi se il sangue smette di circolare, la vita non può più avere luogo. La nostra esistenza è data da un moto e la fine di questo moto corrisponde alla sua fine. Lo stesso vale per tutti gli esseri animali, e verosimilmente per qualsiasi essere che possiamo definire vivente.
Approfondimenti:
Per quanto riguarda l’energia, Wikipedia ne fornisce una descrizione globale. Vedi: http://it.wikipedia.org/wiki/Energia
Su energia e lavoro, vedi la dispensa dell’Università di Udine: http://www.fisica.uniud.it/~giannozz/Corsi/FisI/Slides/LavoroEnergia.pdf
Sul ciclo di Carnot, vedi: http://www.fisicachimica.it/pdf/cicloCarnot.pdf
Sui cicli termodinamici si può leggere la dispensa del Politecnico di Torino: http://corsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/05AXYDN/CAP10.pdf
