La Chimica Delle Cose

capire le cose di tutti i giorni attraverso la scienza

a proposito di energia, 1° parte

La storia può essere studiata da tanti punti di vista: delle idee, linguistici, geografici, militari, sociali, medici, alimentari o delle mode e abitudini, sessuali, religiosi, filosofici e così via.

Ma conosco pochissimi casi in cui viene raccontata da un punto di vista energetico. Che invece è un punto di vista che ne spiegherebbe molti passaggi.

Proviamo a usare questo particolare punto di vista partendo dalla prima fonte storica di energia: i nostri muscoli. Il corpo umano necessita di una certa quantità di energia per sopravvivere e svolgere le normali attività.

Dalla tabella 1, in alto, ricavata da un interessantissimo studio della FAO:

http://www.fao.org/docrep/003/aa040e/AA040E04.htm

si ricava il fabbisogno giornaliero di energia per un uomo adulto di 70 Kg di peso per singolo organo.

Si noterà che l’unità di misura prescelta per questa tabella e per tutto il post non è la caloria o la chilocaloria, come si fa di solito in scienza dell’alimentazione, ma i chilowattora, unità in genere utilizzata per apparecchi elettrici o per motori.

Ma siccome le unità di misure sono intercambiabili (basta moltiplicare per numeri fissi per passare da una all’altra), abbiamo usato i KWh perché così è forse più facile fare i paragoni fra energia che immagazziniamo con il cibo e quella necessaria a compiere lavoro, perché in fondo, dal punto di vista energetico, siamo macchine anche noi.

A parte questo discorso sull’unità di misura, la tabella si presta a qualche altra ben più interessante riflessione: La terza colonna, per esempio, mostra una cosa incredibile: che fegato, cervello e reni consumano il 56% di tutta l’energia di un corpo umano, mentre muscoli, cuore (che è un muscolo) e tutto il resto consumano il resto, ovvero il 44 per cento! Il cervello, da solo, si beve quasi il venti per cento di tutta l’energia umana, più dei muscoli escluso il cuore!

La seconda colonna invece ci dice che una persona adulta, di peso medio, che non faccia sforzi esagerati (altrimenti i numeri cambiano), necessita di circa 2 KWh di energia al giorno.

La penultima riga, infine, ci dice due cose: la prima è che, tolto fegato, reni, cervello, cuore e muscoli, restano ben 36 chili di roba. Perlopiù si tratta delle ossa, che pesano molto. Però questa “roba” consuma un mucchio di energia: quasi il 20 percento!

È chiaro che le ossa contribuiscono per molto poco… e allora cos’è che richiede tutta questa energia? È la centrale termica o, come dicono i medici, la necessità di mantenere il metabolismo basale. In parole povere, è la necessità di mantenere un corpo di 70 chili a una temperatura di circa 40 gradi centigradi, qualunque sia la temperatura esterna…

Spesso, quando si parla di macchine che compiono un lavoro, invece dell’energia si usa il concetto di potenza. Passare da energia a potenza è facile: l’energia è la potenza moltiplicata per il tempo in cui la si impiega (se la potenza si misura in KW, l'energia sarà misurata in KWh). Ovvero, invertendo i fattori, si ha che la potenza altro non è che l’energia divisa il tempo in cui la si usa.

Poiché noi abbiamo usato le ore come misura del tempo ma in genere il fabbisogno energetico è riferito a una giornata, per avere la potenza di un uomo di circa 70 chili, occorre semplicemente dividere il suo fabbisogno energetico giornaliero, espresso in KWh, per 24, che sono le ore di una giornata.

Troviamo così un valore di 0,0875 KW, ovvero qualcosa fra 80 e 90 Watt. Questa è la potenza media di un essere umano medio.

In realtà qui abbiamo fatto finta che il bilancio energetico si “chiuda” in una sola giornata… nel senso che un uomo ha un sacco di energia accumulata nei grassi e quindi, in caso di necessità, può far ricorso anche a questa energia nascosta per compiere sforzi per i quali non basterebbe l’energia acquisita in quel singolo giorno.

È il classico modo di dimagrire: metter mano ai risparmi…

Se sottoposto a un’attività fisica medio - pesante, un uomo riesce a esprimere per qualche tempo una potenza di circa 180 watt, quasi il doppio, ma insomma, non è che possiamo farci poi molto con una macchina del genere! Ditemi voi se in una casa moderna trovate qualcosa che, utilizzata al massimo, ha una potenza inferiore a 200 Watt (a parte vostro marito o vostra moglie…).

La lotta alla schiavitù negli Stati del nord America aveva anche lo scopo di sostituire a questa “macchina” così poco potente, macchine industriali molto più potenti e quindi in grado di generare molto più lavoro a costi più bassi, cosa che generava profitti più alti.

La tecnologia è stata un grande aiuto per mettere fine alla schiavitù. Ora, con questi suoi 90 watt scarsi di potenza, l’uomo avrebbe avuto una vita molto dura se non avesse trovato il modo di procurarsene altra. Considerando che all'inizio si trovava nudo (la dispersione termica gli faceva consumare un bel po' di energia), in mezzo ad animali che avevano a disposizione molta più energia muscolare e potenza, come grossi mammiferi carnivori più veloci, più forti, capaci di compiere salti più lunghi e più alti, beh, dobbiamo convenire che la situazione non era delle migliori…

Ma l’uomo ha saputo ben sfruttare, meglio di altri animali che concorrevano con lui sullo stesso ambiente, la quota molto elevata di energia che già allora destinava al cervello. Questa scelta vincente ha dato origine alla civiltà.

il post continua nella seconda parte.

PS il post è stato tratto da un capitolo del mio libro "L'energia del violino", in vendita su Amazon a meno di 5 euro

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