Să pui Lumea în mișcare

(Rondelul orașului din Indii de Alexandru Macedonski)

 Adevărata Mamă Energia

Energie este un cuvânt foarte foarte des întâlnit în ziua de azi pe care oamenii îl folosesc cu atâta generozitate încât dacă ai avea 10 bani pentru fiecare dată când l-ai folosit, ai fi avut deja destul cașcaval să îți cumperi o vilă în Toscana (cu tot cu o podgorie medie), un iaht, un iaht pentru copii, un iaht cu care să mergi în vizită la rudele din Sardinia, un iaht mai elegant pentru când te duci la nuntă, un garaj pentru iaht, un automobil în formă de iaht, un garaj pentru automobilul în formă de iaht și o pungă de chipsuri.

Problema e că de foarte multe ori cuvântul ăsta este folosit total aiurea: la fel ca minunatul cuvânt cuantic (care a fost maltratat fără milă), energie este un termen ce ține de fizică, dar care a fost preluat imediat de newagerii și pervertit în așa hal încât dacă ar fi o persoană, te-ar implora să o împuști. Aceasta este energia ezoterică (așa îi spune Wikipedia) și este total diferită de energia propriu-zisă: pe cea de-a doua putem să o identificăm cu aparate, o și vedem, o putem detecta oricând și mai ales (cel mai important) o putem cuantifica (adică să o numărăm).

Energia ezoterică, în schimb, nu se încurcă în astfel de treburi banale și lumești și se sustrage practic din toate tentativele de detecție și cuantificare, așa că nici măcar nu o să ne uităm la ea în postarea asta, pentru că este pseudoștiință și nu s-a dovedit a fi ceva real. Efectiv newagerii plictisiți au luat un termen despre care știm destul de multe (energia propriu-zisă, adică energia), l-au băgat în niște concepte de-ale lor și acum omul de rând vede și zice “ah, și ăștia vorbesc tot de energie…păi de energie vorbesc și ăștia în știință, deci clar și energia asta vitală este pe bune!”. Îți dai seama că nu e așa. Este pur și simplu un cuvânt legitim luat dintr-un domeniu legitim, căruia i s-a schimbat complet sensul.

Energia adevărată, adică aia din fizică are o definiție destul de simplă:

Este capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic sau de a produce căldură.

Și cam aia e. Nu te speria de termenii de acolo, că sunt simpli. Sistemul fizic este pur și simplu un grup, o grămadă de corpuri sau câmpuri pe care noi alegem să le analizăm la un moment dat; poate fi orice, de la o stea, la o planetă, o galaxie, Universul, Sistemul Solar până la un om, un câine, un atom, o masă, un nor, o porțiune de teren, o porțiune de spațiu etc. Lucrul mecanic este pur și simplu atunci când o forță acționează asupra unui sistem fizic, făcându-l să se miște. De exemplu, împingi un scaun. Scaunul este sistemul fizic (corpul pe care îl analizăm), iar atunci când îl împingi, eliberezi energie, efectuând lucru mecanic asupra lui. Vezi?

 Lege și ordine

Acum, energia este de mai multe tipuri: energie cinetică, energie potențială gravitațională, energie termică, energie chimică, energie nucleară, energie electrică, energie sonoră, energie elastică etc. Fiind un subiect destul de vast, iar având în vedere că blogul ăsta nu se vrea și nici nu poate fi o sursă exhaustivă, vom vorbi puțin despre primele cinci tipuri, iar pentru restul îți stă Wikipedia la dispoziție.

Energia cinetică

Orice obiect care se mișcă are energie cinetică. Absolut orice obiect care se mișcă, indiferent că vorbim de o planetă sau de un atom. Cu cât un obiect este mai greu și se mișcă mai repede, cu atât are mai multă energie cinetică. 

Energia potențială gravitațională

Este energia stocată într-un obiect datorită poziției acelui obiect deasupra pământului și forței gravitației care îl atrage. Sună complicat? Practic, dacă pui o cărămidă pe o masă, ea are energie potențială gravitațională care ar putea fi eliberată dacă ar cădea de pe masă, fiind atrasă de gravitație. Îi spune “potențială” pentru că ea este acolo și așteaptă să fie dezlănțuită. Energia potențială nu este doar gravitațională, ci poate fi de mai multe feluri, cum ar fi energia potențială chimică din zahăr: iarăși, ea nu se manifestă, ci așteaptă să fie eliberată. 

Energia termică

Se bazează pe mișcarea atomilor din interiorul unui corp sau al unei substanțe (adică un sistem, dacă tot vorbeam de el mai devreme) și reprezintă de fapt energia cinetică a atomilor din interior. Absolut orice obiect din Univers care are o temperatură mai mare de 0 K (-273,15°C) are energie termică, pentru că atomii din interiorul lui se tot bâțâie. 

Energia chimică

Este cea care se află în interiorul unui corp, în legăturile dintre atomii și moleculele sale. Lemnul uscat are energie chimică stocată în el. În momentul în care acesta arde, energia chimică din interiorul său este eliberată și transformată în căldură și lumină. De asemenea, energia chimică se găsește în toate organismele vii. 

Energia nucleară

Este cea care se află stocată în interiorul nucleelor atomice și este foarte foarte greu să o eliberezi. Ăsta este un lucru bun, pentru că energia nucleară este extraordinar de puternică: e de ajuns să eliberezi energia nucleară a unei cărămizi, ca să demolezi o casă întreagă. Ea poate fi eliberată de exemplu prin intermediul fisiunii și fuziunii nucleare.

Dar nimic din ce am spus eu mai sus nu are sens până nu vorbim și de una din cele mai importante legi din Univers, care se aplică oriunde te-ai afla, aici sau la 9,8 milioane ani-lumină de monitorul ăsta:

Energia nu poate fi creată și nici distrusă.

Chestia asta este Prima Lege a Termodinamicii (prima din trei), numită și Legea Conservării Energiei și spune ceva foarte important despre energie: nu poți distruge energia și nici nu o poți crea, poți doar să o transformi dintr-un tip de energie în alt tip de energie. Uite, televizorul răsturnat de pisica aia nenorocită din .gif-ul din dreapta are energie potențială gravitațională, când stă pe noptieră. În momentul în care acesta cade, energia potențială gravitațională se transformă în energie cinetică (pentru că începe să se miște) din care o mică parte se transformă în energie termică (pentru că în timp ce cade, televizorul se freacă de aer), iar când face contact cu moaca ghinionistului stăpân se transformă și în energie sonoră (că face zgomot).

Ceva asemănător se întâmplă și în animația alăturată. Avem un cărucior care gonește pe un plan înclinat. Când e în vârf, energia potențială gravitațională (notată aici cu PE – potential energy) e full (ca să zic așa), în timp ce energia cinetică (notată cu KE – kinetic energy) este zero, pentru că obiectul nu se mișcă. Pe măsură ce căruciorul coboară, însă, energia potențială scade și se transformă în energie cinetică! Notată cu TME (total mechanical energy) avem suma energiei acestui sistem (căruciorul) care este constantă: pentru că pe măsură ce scade PE, crește KE. Ce trebuie să știi e că în imaginea asta se ignoră frecarea cu aerul, așa că nici un pic de energie cinetică nu se transformă în energie termică (cum ar trebui în lumea reală).

Așa se întâmplă de fiecare dată. Atunci când apeși pe întrerupător, ca să aprinzi lumina, ea nu apare așa de nicăieri, ci este de fapt convertită din energia electrică.

Partea interesantă e că un corp, un obiect poate să aibă mai multe tipuri de energie stocată în el: un buștean aflat la doi metri de pământ are energie potențială, energie termică, energie chimică și energie nucleară. Patru dintr-o lovitură! Bineînțeles, asta nu înseamnă că se și manifestă toate, ci că sunt stocate acolo, așteptând să fie eliberate.

 Hai, mai cu viață!

Până acum am vorbit doar de corpurile neînsuflețite, dar cum stă treaba cu un organism viu? Că și eu, și tu și orice altă ființă are nevoie de energie pentru a trăi și pentru a funcționa ca lumea. Noi cum ne luăm energia și ce tip de energie avem? Pe scurt, plantele iau energia soarelui și o folosesc pentru a converti prin fotosinteză dioxidul de carbon și apa în glucoză (zahăr) și oxigen. Ele stochează energia de la Soare sub formă de energie chimică în legăturile din moleculele de zahăr. La un moment dat, acele legături sunt desfăcute în interiorul celulelor, generând energie.

Și cam așa face fiecare organism viu, că e plantă sau animal: noi ne luăm energia din carbohidrați, zaharuri, proteine și grăsimi, pe care o stocăm și apoi o convertim în energie cinetică (pentru a ne mișca mușchii) sau energie termică (pentru a ne menține temperatura internă) sau ce-o mai fi cu ajutorul moleculei de adenozintrifosfat (ATP).

Chiar și când moare organismul, energia acestuia nu este distrusă, nu dispare, ci rămâne stocată și convertită în alte tipuri de energie, care este preluată la rândul ei de alte organisme și continuă să circule prin Univers.

Apropo, când vine vorba de mâncare, energia pe care o conține se măsoară în calorii: o calorie este energia necesară pentru a crește temperatura unui gram de apă cu un grad Celsius la presiunea de o atmosferă. Se notează cu cal și 1 cal=4,2 J (vorbim imediat și despre ce reprezintă J-ul ăsta). Când auzi că ceva are 100 cal, este pur și simplu un mod de a descrie câtă energie ar putea obține corpul tău din consumarea acelui ceva.

Fiecare aliment are un număr diferit de calorii: de exemplu, o ceașcă de salată verde mărunțită are mai puțin de 10 cal, în timp ce o jumătate de ceașcă de arahide are 427 cal. Mă uit acum la sticla de Pepsi Twist pe care o am lângă mine, iar pe ea scrie că are la 250 ml vreo 110 kcal (adică 110.000 cal), care înseamnă 468 kJ (468.000 J).

Firește, explicația este mult mai complexă de atâta, când vine vorba de energia din organisme, și implică o grămadă de cunoștințe de biologie (îți dai seama), iar pentru a avea o imagine completă, ar fi nevoie de o postare măricică. Ce trebuie să reții că energia asta din ființele vii și chiar și cele moarte, este energie pe care o cunoaștem foarte bine, știm cum se manifestă și știm să o calculăm. Normal, și ea prezintă destule mistere, dar mistere pe care le putem afla doar prin metoda științifică. Ideea e, să nu cumvă să o confunzi cu energia ezoterică (sau vitală, cum îi mai spun newagerii cool în ziua de azi), că te mănânc.

 Cu măsură

Până acum în exemplele pe care le-am dat despre energie au folosit termeni destul de vagi și m-am ferit de cifre și formule, dar partea cea mai mișto e că datorită metodei științifice și a matematicii, am reușit să cuantificăm și să măsurăm diferitele tipuri de energie. Ăsta este un lucru super important. De ce? Pentru că ne permite să o folosim cum vrem noi! În momentul în care știi de câtă energie ai nevoie pentru a împinge un bolovan de 400 Kg pe o distanță de 500 de metri, poți crea liniștit o mașinărie care să facă toată treaba în locul tău. Uite, să începem cu două exemple ușoare. Cum calculăm energia potențială sau energia cinetică a unui corp? În primul rând, energia (de fapt toate tipurile de energie) se măsoară în general în joule (J), 1 J fiind egal cu 1 Kg m²/s². Joule-ul este unitatea de măsură standard pentru energie (chiar dacă pentru energia din mâncare folosim calorii, după cum ai văzut mai sus). Mai departe fiecare tip de energie are propria formulă care ne permite să o măsurăm:

• Energia cinetică: să zicem că ai un buștean de 2 Kg care se mișcă prin aer cu viteza de 2 m/s. Nu, sincer, nu știu cum de a ajuns să se miște singur prin aer, dar ne descurcăm cu el așa. Ah, da! Încă ceva: o să ignorăm frecarea cu aerul. Cum aflăm energia cinetică a lui? Păi e simplu. Știm masa lui și viteza cu care se mișcă, iar asta e tot ce ne trebuie. Formula e: KE=1/2mv², adică jumătate din masă (notată cu m și exprimată în kilograme) înmulțită cu viteza la pătrat (notată cu v și exprimată în metri pe secundă). Așa…calculăm…și aflăm că bușteanul se mișcă prin forțe paranormale cu o energie cinetică de 4 J.
• Energia potențială gravitațională: aici, să zicem că mă aflu pe niște scări înalte de 2 m și că am masa de 56 Kg. Ca să aflăm ce energie potențială am atunci când stau în capul scărilor trebuie să știm și accelerația gravitațională (practic, accelerația cu care mă atrage Pământul), care este g= 9,8 m/s. Formula care ne scapă de belele este PE=mgh, adică masa mea (notată cu m) înmulțită cu accelerația gravitațională a Pământului (notată cu g) înmulțită cu înălțimea la care mă aflu (notată cu h). Așa căăăă…energia mea potențială este de…1098 J.

Ok, îmi dau seama că postarea asta a fost ceva mai tehnică decât sunt ele de obicei, dar e foartă importantă, având în vedere că în ziua de azi termenul de energie este folosit ad nauseam și făcut ferfeliță de toată lumea. Ideea e că dacă tot ai impresia că știi ce e aia energie, n-ar fi mișto să și știi ce e aia energie? Probabil nu are nici un beneficiu aparent, dar în realitate te va ajuta să îți dai seama de o grămadă de lucruri din jurul tău: cum ar fi că atunci când țipi, energia pe care o folosești vine de undeva și nu dispare, ci se transformă în altceva. Energia-i una și bună și face întreg Universul să se miște.

Featured image by ©Douglas Knapton