La catapulta: come sfruttare l'energia per fare guerra

Schema di una balista

Probabilmente la prima arma a lunga gittata, si dice che il primo a farne uso fu Dionisio di Siracusa. Infatti egli utilizzò le baliste non solo come strumento di assedio, ma ebbe la brillante idea di usarle anche per attaccare e così le utilizzò contro la flotta cartaginese. Però cosa c'entra l'energia con tutto ciò? Semplice, le diverse tipologie di catapulta sono dovute alla modalità di immagazzinare e rilasciare l'energia necessaria alla propulsione dell'oggetto da lanciare:

• tensione: vi è una parte posta sotto tensione che rilasciata permette al braccio di lanciare il proiettile, erano catapulte molto simili a delle balestre;
• torsione: le baliste e gli onagri sfruttano proprio l'energia elastica di torsione prodotta da fasci di fibre elastiche, in cui è inserita una estremità del braccio della catapulta;
• trazione: sfrutta la forza di trazione prodotta da un certo numero di persone, un esempio è il mangano;
• gravità: essa viene sfruttata nel trabucco, un contrappeso spinge verso il basso un'estremità del braccio e nel mentre viene scagliato il proiettile tramite una fionda collegata all'altra estremità. 

L'energia elastica

"Dai tempi più antichi la molla, della quale vi sono innumerevoli esempi in natura, è stata il più importante mezzo per accumulare energia e rilasciarla immediatamente nel momento  necessario. La sua prima applicazione conosciuta e d’immutata importanza per molti secoli fu  l’arco, usato per lanciare frecce durante la caccia e in battaglia. La prima inequivocabile rappresentazione dell’arco risale al tardo periodo  paleolitico e proviene dall’Africa settentrionale. Nella sua forma più semplice l’arco consiste in una striscia di materiale elastico, come legno o corno, che gradatamente si assottiglia dal centro verso gli estremi.  […] "                                                                                                          

                        (Thomas K. Derry e Trevor I. Williams,  "Storia della tecnologia. 
                         La tecnica e i suoi effetti economico sociali",1977,Torino: Paolo Boringhieri)

Il mulino ad acqua ad asse orizzontale

Ecco un'altra invenzione dei Romani che risale all'incirca al I secolo d.C. (i Greci prima utilizzavano il mulino ad asse verticale, meno efficiente) . Questa macchina sfruttava l'energia idraulica dei corsi dei fiumi nel seguente modo: la ruota, verticale rispetto all'asse di rotazione, veniva messa in moto dal passaggio dell'acqua da sotto, trasmettendole anche parte della sua energia cinetica. Solo dopo si inizierà a sfruttare anche la forza peso costruendo ruote idrauliche alimentate dall'alto.
Questa prima forma di mulino serviva principalmente per macinare il grano e poi più tardi, anche per tagliare e levigare il marmo. Un esemplare di questa macchina venne trovato a Venafro, in provincia di Isernia,  e poteva macinare circa 3600 kg di grano al giorno e aveva una potenza di 2 kW. Questi mulini successivamente verranno migliorati ed utilizzati in modo sempre più ampio, venendo in parte sostituiti da quelli che sfrutteranno l'energia eolica.
I mulini ad acqua

Il mondo romano

Bisogna dire che ai tempi dell'antica Roma le tecniche per produrre energia si basavano principalmente su leve, carrucole, strumenti meccanici che potessero in qualche modo potenziare la forza muscolare degli schiavi e degli animali. Nonostante ciò gli ingegneri imperiali iniziarono ad avvicinarsi all'uso del vapore per riscaldare gli ambienti delle ville più lussuose, per le terme e costruirono veri e propri macchinari in grado di sfruttare la pressione del vapore e l'energia da esso prodotta. Qualche esempio: la pompa a stantuffo, ereditata dal mondo ellenistico ed inventata da Ctesibio, essa veniva utilizzata per sollevare l'acqua nelle miniere; un cannone azionato dal vapore ( rimase solo un'idea mai realizzata) proposto da Ctesibio e da Archimede; e addirittura un Anonimo del De Rebus Bellicis del IV secolo d.C. intuì che si potevano trasformare le pale di un mulino ad acqua in un motore per una nave. Quindi dai costruttori dei grandi acquedotti ci sono state diverse scoperte innovative, anche se poi non sono state portate pienamente a termine ( la macchina a vapore nascerà solo nel XVII secolo).

FILM

Davis Guggenheim, "Una scomoda verità", 2006, è un film-documentario a proposito delle cause e delle conseguenze del surriscaldamento globale

ARTICOLO DI GIORNALE

"Modern Mechanix", Alfred Albelli, luglio del 1934, articolo riguardante Tesla e le sue scoperte di allora. Per saperne di più

FUMETTO

Vignetta che rappresenta una similitudine tra la popolarità delle bevande energetiche e la continua richiesta di forme di energia alternativa

FRANCOBOLLO

Russia nel 1979

LETTERATURA

David JC MacKay, "Sustainable energy - Without the hot air", Cambridge: Uit Cambridge Ltd., 01/02/2009, è un libro che tratta dell'energia sostenibile.

INNOVAZIONE

LHC, il Large Hadron Collider è un acceleratore di particelle situato presso il CERN di Ginevra

ARTE

                                                                                                                                                               
Giorgio Vaselli, "The energy of a star", anno di realizzazione ignoto                               

La Bibbia

Proprio nella Bibbia ho trovato una citazione che riguarda l'energia come forza muscolare che nasce dal nostro corpo:

"...il corpo, ben compaginato e connesso, mediante la collaborazione di ogni giuntura, secondo l'energia propria di ogni membro, riceve forza per crescere..."

                                                                                             (Efesini, 4:16)

I primi passi

Quali sono le prime forme di energia usate dall'uomo? La risposta è piuttosto semplice: la forza muscolare, propria di ogni uomo sulla terra e che permette di compiere lavoro, e i raggi solari. Infatti l'uomo primitivo poteva contare, inizialmente, solo su di essi per potersi scaldare e inoltre il sole permetteva la crescita delle piante e degli animali, altre fonti di energia alla base dell'alimentazione umana.

Poi successivamente, grazie agli incendi causati dai fulmini durante i temporali, i nostri antenati, circa 400.000 anni fa, si resero conto che anche il fuoco poteva diventare molto utile come fonte di energia: produceva calore, scaldava i cibi (così più digeribili) e permetteva di difendersi. Bisogna però dire che prima impararono a conservarlo e poi mediante varie tecniche, tra cui quella di sfregare fra loro frammenti di selce, anche ad accenderlo. Così nacque anche il primo combustibile: la legna! E soprattutto iniziarono a migliorare la salute e le condizioni di vita, oltre che a cambiare.

Il fuoco

Non c'è solo l'energia

Quando qualcuno pensa all'energia o in generale ad una parola, subito compaiono nella testa immagini correlate a ciò che stiamo pensando. Per esempio, nel mio caso, quando penso all'energia la collego al sole, all'elettricità, al vento, ai combustibili fossili ed all'energia nucleare.
Cerchiamo ora di chiarire brevemente questi ulteriori concetti:

Il sole è la stella madre del sistema solare e rappresenta ben il 99.8% della massa del sistema, pur essendo una stella di medio-piccole dimensioni.
Esso è fondamentale per la Terra: l'energia solare è la fonte primaria di energia sul nostro pianeta e ha permesso lo sviluppo della vita, rendendo possibile la presenza di acqua allo stato liquido e l'avvenire della fotosintesi che produce ossigeno.
Per poter usufruire della grande quantità di energia che il sole produce sono state sviluppate diverse tecnologie, tra cui le principali sono: il pannello fotovoltaico, il pannello solare termico e il pannello solare a concentrazione.
Riprenderò questo discorso più avanti nel mio blog.
Chi fosse interessato al sole: http://stec-174462.blogspot.com/

L'elettricità fa riferimento a tutti i fenomeni che interessano l'elettromagnetismo, che a livello microscopico è spiegato dall'interazione tra le particelle cariche.
Oggigiorno è il mezzo più diffuso per il trasporto dell'energia, oltre che essere diventato il simbolo della nostra società e del suo sviluppo: basti pensare a New York di notte per comprendere di cosa sto parlando.
http://stec-172167.blogspot.com/

Il vento è causato dai moti convettivi (verticali) ed advettivi (orizzontali) delle masse d'aria presenti nell'atmosfera, che si muovono da zone di alta pressione a zone di bassa pressione.
Come viene collegata l'energia al vento? Semplicemente l'energia cinetica delle masse d'aria viene sfruttata sotto forma di energia eolica proprio per produrre l'energia elettrica stessa. L'energia che si ottiene dal vento appartiene alle energie rinnovabili ed alternative, che in questi ultimi anni stanno diventando sempre più importanti.
http://stec-173891.blogspot.com/

I combustibili fossili derivano dalla trasformazione di sostanze organiche  rimaste sottoterra nel corso delle lunghe ere geologiche, in forme che, a livello molecolare, sono diventate sempre più compatte e ricche di carbonio. Tra di essi bisogna ricordare il petrolio, il carbone e i gas naturali.
Il loro primo utilizzo come risorsa di energia risale alla rivoluzione industriale ed oggi rappresentano l'85% del fabbisogno energetico mondiale.
I combustibili fossili

Con energia nucleare si intendono i fenomeni che portano alla produzione di energia a partire dai nuclei degli atomi. Anch'essa è una fonte di energia primaria e si ottiene principalmente con tre diverse reazioni: la fissione, il decadimento radioattivo e la fusione ( quest'ultima avviene, però, in natura solamente nelle stelle).
Bisogna dire che questo argomento presenta molti nemici anche per via della storia piuttosto negativa che lo accompagna: le bombe atomiche sganciate su Hiroshima e Nagasaki, l'incidente di Chernobyl, in Ucraina (il più grave in assoluto) e recentemente quello della centrale di Fukushima, in Giappone.
Per saperne di più: L'energia nucleare
                                                                          

L'energia vitale

Oltre alla visione prettamente scientifica, l'energia fin dai tempi antichi è stata legata a concetti filosofici, ma soprattutto alla vita. In tutti i popoli del passato si parla di energia vitale, anche se vengono utilizzati termini differenti (Ch'i ,Yin e Yang ,Prana...), ed è veramente interessante notare come dagli uomini preistorici fino a noi questo tipo di energia continui ad assumere all'incirca lo stesso significato. E' come una forza universale che pervade ogni cosa, essa crea armonia e ordine, è legata all'anima di ciascuno di noi, non è qualcosa di materiale, ma è indispensabile per la vita, ogni cosa che vive presenta questa forza vitale. Insomma è una visione che cerca di unire tutto l'universo, la natura e l'uomo e cerca di creare un equilibrio tra tutte le cose.
Tutto ciò è molto sentito nelle culture orientali, mentre quelle occidentali sono piuttosto scettiche, forse anche per via dell'uso sbagliato che se ne fa (dando speranze di guarigione a persone malate o terapie alternative che poi si rivelano false), ma in realtà ci sono scienziati molto importanti (tanto per citarne uno: Einstein) che hanno cercato di dare delle risposte ufficiali e scientifiche a questa energia. Ancora oggi si cerca di spiegare qualcosa che secoli fa gli antichi avevano già intuito.

Storia dell'energia vitale
Che cos'è l'energia vitale

La vera definizione

Ecco la definizione che tutti conosciamo:
"l'energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro".
Questo concetto fa riferimento ad un'altra grandezza fisica: il lavoro. Esso rappresenta il dispendio di energia in relazione al processo fisico con il quale si è generata la forza. Infatti quando si genera una forza si consuma energia.
A questo punto risulta fondamentale presentare il principio della conservazione dell'energia, il quale chiarisce ulteriormente il concetto di energia: l'energia può essere trasformata e convertita da una forma all'altra, ma la quantità totale di energia di un sistema isolato è costante, il suo valore non cambia nel tempo. Detto più semplicemente: l'energia si trasforma continuamente ma non si crea né si distrugge.
Per saperne di più: La legge di conservazione dell'energia

L'inizio di tutto

Allora bisogna premettere che la definizione di energia che si può trovare ormai dappertutto, da un testo scolastico ad un qualsiasi sito internet scientifico, ha un'origine piuttosto recente rispetto alla prima formulazione che ne è stata data. Colui che si è preso questo compito non era di certo uno sconosciuto: Aristotele. Infatti egli si chiedeva:

"Che cosa significa attribuire l'essere allo spazio ed al tempo?"

intendendo con spazio il luogo in cui ci si trova e il tempo appunto come tempo in cui ci si muove. 

Proprio da questo ragionamento è nato il termine energheia, che ricorda molto bene la parola odierna energia ma con un significato molto filosofico: essere all'opera, il compiersi di qualcosa.

solo successivamente andrà ad indicare l'azione, la capacità di agire e il lavoro compiuto. Ma di questo ne parlerò più avanti. 

Aristotele e le sue scoperte filosofico-scientifiche

Dizionario

Prima di iniziare a scoprire la storia del termine energia e delle sue evoluzioni nel tempo, ne indico la traduzione in varie lingue:

energia (Italiano)
energīa (Latino)
energheia (Greco)
energy, power (Inglese)
Energie (Deutsch)
énergie (François)
energía (Español)
能源 (中文) (Néngyuán)