2009/2010 - Energia, questa trasformista
Key words: sperimentare, condividere, mostrare
NULLA SI CREA O SI DISTRUGGE, TUTTO SI TRASFORMA
Cos'è l'energia? Qual è la sua natura e cosa significa che si trasforma?
Quattro gli aspetti fondamentali di questa complessa tematica esaminati durante il progetto Scuola+Museo 2009/2010, uno per ogni secolo a partire dal XVII. Gli aspetti sono stati declinati in cinque sezioni, comprendenti tra gli altri le esperienze con i pendoli e il trampolino di Galileo e quelle con il pendolo composto di Huygens, l’elettroforo e la pila di Volta, le conversioni multiple e la determinazione degli equivalenti di Mayer e Joule, le energie rinnovabili ed in particolare il fotovoltaico. A partire dal progetto, si è elaborata una mostra/laboratorio che è stata animata dalla presenza di quasi un centinaio di studenti delle scuole superiori del territorio in qualità di explainer agli exhibit interattivi proposti al pubblico. La mostra è stata allestita presso l’ex Istituto di Patologia Generale “Camillo Golgi” a Palazzo Botta ed è rimasta visitabile dal 30 novembre 2010 al 20 febbraio 2011.
ll laboratorio, di carattere storico scientifico, ha presentato un’analisi dell’evoluzione del concetto di energia come ricerca di qualcosa di costante, di permanente, all’interno del continuo mutare dei fenomeni. Con l’aiuto di esperimenti e con il corredo dei pannelli esplicativi, infatti, si è cercato di rispondere ai quesiti più ricorrenti sull’energia, sia dal punto di vista dell’analisi dell’evoluzione storica del concetto che della storia delle sue applicazioni nel corso dei secoli con uno sguardo anche al futuro.
Il percorso è stato illustrato nel suo insieme da una guida ed arricchito degli esperimenti svolti dagli explainer e ripetuti dagli studenti in visita. La collaborazione delle scuole, riunitesi in rete per realizzare questo progetto didattico, è stata riconosciuta dall’Ufficio Scolastico Regionale per la Lombardia, firmatario anch’esso del protocollo, che ha diramato i contenuti dell’iniziativa a tutte le scuole della Regione attraverso il suo portale.
Hanno collaborato alla riuscita del progetto Museo per la Storia dell'Università di Pavia e Dipartimento di Fisica; le attività sono state coordinate e svolte da Lidia Falomo e Gabriele Albanesi, con la collaborazione del Dipartimento di Fisica e con l'ausilio dello staff dei musei del Sistema Museale d'Ateneo.
LE SEZIONI IN MOSTRA
ENERGIA: CHE SIGNIFICA?
In generale si ipotizza che l’ “energia” possa assumere molte forme, cambiando quindi da un punto di vista qualitativo, ma che la sua quantità totale si conservi in tutte le trasformazioni.
Il principio di conservazione dell’energia si è rivelato per la scienza un principio fondamentale che ha portato a notevoli risultati, per la sua generalità, per la possibilità che esso offre di semplificare la descrizione di sistemi e fenomeni naturali e per la sua predittività, ed anche, proprio nei casi di una sua apparente violazione, alla definizione di nuovi e più completi modelli.
DALL'ALTEZZA DI CADUTA ALLA FORZA VIVA
Nel ‘500 e ‘600 alcuni scienziati studiano movimenti apparentemente semplici (caduta di gravi, discesa lungo piani inclinati, oscillazione di pendoli, urti tra sfere) ipotizzando l’impossibilità del motore perpetuo. Capiscono che dei buoni parametri da prendere in considerazione sono massa, posizione, velocità. Altri scienziati, riprendendo l’antica idea presocratica “nulla si crea e nulla si distrugge”, intuiscono che dietro queste grandezze si cela l’indizio di qualcosa che si conserva: a volte una “forza viva” ben visibile, a volte anche una grandezza più “latente”, più difficile da individuare.
VARIETÀ E UNITÀ DEI FENOMENI DELLA NATURA
Un altro importante elemento entra con forza nella nostra storia, un elemento che in origine è legato più alla tecnologia che non alla scienza: la macchina a vapore.
Fra le prime e più importanti macchine a vapore per uso industriale ricordiamo quelle di Savery, Newcomen e Watt. Quest’ultimo nel 1763 notò che la quantità di combustibile necessaria al funzionamento di una tale macchina era molto elevata. Di qui la geniale idea di far condensare il vapore in una camera separata, col grande vantaggio di scindere le parti calde e quelle fredde della macchina.
CORRELAZIONE E CONSERVAZIONE
Cause ed effetto, pur qualitativamente diversi possono essere quantitativamente uguali? È possibile cioè stabilire un fattore di conversione tra l’inizio e la fine di ogni trasformazione indipendentemente dal processo stesso?
Per rispondere a queste domande vengono avviati studi sia teorici sia pratici. I risultati sono confortanti: ciò che si mantiene costante al variare del numero e del tipo di trasformazioni assume il significato fisico di “energia totale di un sistema”; la sua conservazione diventa un principio di portata così generale da essere un presupposto per la scienza della natura e non solo per la fisica.
ENERGIA E FONTI RINNOVABILI: FOTOVOLTAICO
La società industriale dei nostri giorni si basa in larga misura sulla possibilità di produrre energia da combustibili fossili: carbone, petrolio, gas naturale. La disponibilità di tali combustibili è stata finora ampia, ma non è illimitata. La fissione nucleare è una importante risorsa per la produzione di energia elettrica: se gestita correttamente. L’aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili quali il vento, il sole, le biomasse, la geotermia, è nel medio-lungo termine una necessità ineludibile per effettuare una “transizione energetica” verso un modello di sviluppo sostenibile per le future generazioni e compatibile con l’ambiente che ci circonda.