Ενέργεια: το πιο παρεξηγημένο φυσικό μέγεθος

Πάνο καλημέρα.

Επ΄ ευκαιρία της ωραίας ανάρτησης θα ήθελα τη γνώμη σου για τον ορισμό της έννοιας της ενέργειας στα Λύκεια.

Ήταν χάρη στα πειράματα που έγιναν τον 18ο και 19ο αιώνα που προέκυψε η έννοια της ενέργειας. Για να την κατανοήσει ο μαθητής επομένως πρέπει κάποια πειράματα να γίνουν στο σχολείο. Αλλιώς πρέπει τα βιβλία να κάνουν αναφορές στα ιστορικά πειράματα, όπως αυτά του Joule, πάνω στα οποία στηρίχθηκε αυτή η έννοια. Δεν ξέρω για ποιο λόγο δεν γίνονται στα σχολεία πειράματα ούτε ξέρω για ποιο λόγο στα ελληνικά εγχειρίδια φυσικής δεν υπάρχουν αναφορές σε ιστορικά πειράματα.

Αν πάρουμε σαν δεδομένη αυτή την κατάσταση, θα έπρεπε να δώσουμε έναν, έστω και ετυμολογικό ορισμό της ενέργειας, όπως πχ ότι ενέργεια είναι η ικανότητα των σωμάτων να παράγουν έργο, όπως γινόταν την εποχή που ήμασταν εμείς μαθητές. Όμως αυτός ο ορισμός έχει πια εκλείψει και δεν ξέρω για ποιόν λόγο.

Αν οι συγγραφείς είναι εναντίον των ορισμών, μπορεί να δοθεί μια διαφωτιστική παράγραφος, που αν ο μαθητής τη μελετήσει να κατανοήσει τι είναι η ενέργεια. Πχ «αν κάνουμε έργο 1 Joule σε ένα σώμα, τότε κάποιες από τις ιδιότητες του σώματος θα αλλάξουν. Αν το σώμα δώσει πίσω το 1 Joule, οι ιδιότητες αυτές θα επανέλθουν στις αρχικές τιμές τους». Έτσι ο μαθητής θα καταλάβει ότι, μετά το 1Joule που δώσαμε, το σώμα μπορεί να παράγει έργο 1 Joule περισσότερο απ΄ όσο μπορούσε να παράγει πριν. Άρα ότι η ενέργειά του αυξήθηκε κατά 1 Joule. Όμως καμία τέτοια διαφωτιστική παράγραφος δεν υπάρχει στα σχολικά εγχειρίδια.

Αφού στα σχολικά εγχειρίδια δεν υπάρχουν ούτε αναφορές σε πειράματα για την ενέργεια, αφού δεν υπάρχει ορισμός της ενέργειας ούτε καν ετυμολογικός, αφού δεν υπάρχει ούτε μια διαφωτιστική παράγραφος, θα μπορούσε να γίνεται απλώς κάποια σκιαγράφηση της έννοιας  όπως πχ: «ενέργεια είναι μια ιδιότητα των σωμάτων που μπορεί να μετρηθεί σε μονάδες έργου και σχετίζεται με τη δυνατότητα παραγωγής έργου από το σώμα». Δυστυχώς ούτε καν κι αυτή η απλή σκιαγράφηση δεν υπάρχει στα ελληνικά σχολικά εγχειρίδια.

Γράφουν λοιπόν τα εγχειρίδια ότι η έννοια αυτή είναι πολύ αφηρημένη και δεν μπορεί να δοθεί ορισμός. Και το επόμενο βήμα είναι να ορίζουν το έργο σαν μεταφορά ή μετατροπή ενέργειας χωρίς να έχει αποκτήσει ο μαθητής την παραμικρή ιδέα περί του τι είναι ενέργεια.

Στο πρόβλημα της κότας και του αυγού, δεν μπορεί να δοθεί απάντηση περί του ποιο από τα δύο προηγήθηκε. Στο πρόβλημα του έργου και της ενέργειας υπάρχει σαφές προβάδισμα: το έργο προηγήθηκε της ενέργειας. Άλλωστε η λέξη ενέργεια προέρχεται από το έργο. Αλλά εμείς σ΄ αυτήν εδώ τη χώρα βάζουμε το κάρο μπροστά από τα άλογα.

Ευχαριστώ Πάνο για την απάντηση.

Το γεγονός ότι η έννοια της ενέργειας είναι δύσκολη φαίνεται ότι και μεις οι ίδιοι δεν την έχουμε ξεκαθαρίσει. Ακόμα και στις ΗΠΑ, γιατί ο Feynman, όταν τον είχαν βάλει σαν κριτή των νέων βιβλίων φυσικής στις αρχές του ’60, έβγαινε από τα ρούχα του μ΄ αυτά που έγραφαν τα προς κρίση βιβλία για την ενέργεια.

Πρώτα-πρώτα και ‘μεις οι μεγάλοι, ακόμα και μεις οι φυσικοί, συγχέουμε το έργο με την ενέργεια. Τι κάνουν τα εργοστάσια της ΔΕΗ; Παράγουν έργο ή μας δίνουν ενέργεια; Τι κάνει μια μπαταρία αν συνδέσουμε στους πόλους της έναν καταναλωτή; Παράγει έργο ή δίνει ενέργεια; Οι πιο πολλοί θα πουν δίνει ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμότητα. Εγώ θα πω παράγει έργο. Γιατί τα φορτία στους αγωγούς κινούνται χάρη στο ηλεκτρικό πεδίο που παράγει η μπαταρία και όταν το πεδίο κινεί φορτία παράγει έργο.

Δεν συμφωνώ με τον Κασσέτα. Στα βιβλία του, που τα έδιναν στη Β΄ Λυκείου το 1998, αναφέρει πολλές φορές ότι «έργο είναι η μεταφορά ή μετατροπή ενέργειας». Από αυτή τη φράση ίσως εμπνεύστηκαν οι συγγραφείς των σημερινών βιβλίων. Υπάρχουν τρανταχτές περιπτώσεις που η παραπάνω πρόταση δεν είναι καθόλου προφανής. Πχ, όταν μετατρέπω νερό σε πάγο σε ατμοσφαιρική πίεση, ο όγκος αυξάνεται κατά την μετατροπή παράγοντας έργο PΔV στην ατμόσφαιρα. Εδώ δεν είναι προφανής κάποια μεταφορά ή μετατροπή ενέργειας. Όταν συζήτησα με τον Κασσέτα αυτή την περίπτωση, μου απάντησε ότι το παραγόμενο έργο είναι τόσο μικρό που δεν αξίζει να γίνεται λόγος. Όμως αυτή δεν είναι επιστημονική απάντηση.