El mètode científic, aquella recepta amb la qual es poden assolir coses que sobrepassen la nostra percepció: viatjar a l’espai, erradicar malalties o bé obtenir energia d’una cosa tan simple com l’aigua. La ciència funciona a còpia de fer-se moltes preguntes i una d’aquestes és: quantes bufetades calen per rostir un pollastre?
Anem a pams… què!?
Doncs sí, ho has sentit bé! Com cuinar un pollastre a base de bufetades. Per inversemblant que sembli, és una pregunta real i es pot respondre amb ciència! Començarem desglossant una mica tots els conceptes, encara que tots siguin força quotidians i familiars.
Tradicionalment, prepararíem l’animal sobre una olla o plata de metall amb la guarnició corresponent i el posaríem a foc lent durant uns 60-75 minuts. Durant aquesta estona, la carn del pollastre s’estaria cuinant gràcies a l’escalfor proporcionada pels fogons en un procés quimicofísic que no tractarem avui. Avui, però, ens centrarem en l’energia utilitzada en el procés, i només en canviarem la metodologia.
Quatre nocions de física
És rellevant destacar que, sempre que parlem d’energia, estarem parlant en termes de física. Per fer-ne una definició de la qual partir, l’energia és una magnitud física que podem trobar en forma de treball útil, calor, llum o altres maneres. Un dels principis bàsics de la mecànica, que ens interessa pel reportatge d’avui, és el de la conservació de l’energia. Aquest teorema enuncia que, en un sistema sense pèrdues, l’energia mecànica es manté, però variant les proporcions entre les seves principals components: l’energia cinètica i l’energia potencial.
L’energia cinètica és l’energia que té un cos pel fet de trobar-se en moviment. Per exemple, un cotxe aparcat no té energia cinètica al tenir una velocitat nul·la. En canvi, un cotxe en marxa tindrà major energia cinètica com més alta sigui la seva velocitat. És relativament fàcil de calcular, i veient l’equació següent deduïm que depèn de la massa i la velocitat de l’objecte.
L’energia potencial, en canvi, és bastant més variable. La seva definició depèn d’un camp extern, que pot ser elèctric o gravitatori, per exemple. L’equació de l’energia potencial gravitatòria d’un objecte depèn de la massa, la gravetat i l’altura d’aquest. Un altre tipus seria l’energia que té una molla comprimida, que demana estendre’s a causa de la seva elasticitat.
Per entendre millor el principi de la conservació de l’energia, et demanarem que agafis qualsevol objecte (prou resistent!), l’aguantis a l’alçada del teu pit i el deixis caure a terra. Al principi, l’objecte estava quiet i, per tant, no tenia energia cinètica (v=0). Aleshores, tota l’energia que contenia l’objecte era deguda a la seva alçada, era energia potencial gravitatòria.
En deixar-lo anar, aquesta energia potencial ha anat disminuint gradualment a mesura que la seva altura respecte del terra disminuïa, i s’ha transformat en energia cinètica, fent que augmentés la velocitat d’aquest. La velocitat màxima l’hem trobat quan l’altura era mínima, o en altres paraules, tota l’energia potencial del principi ha passat a energia cinètica a mesura que passava el temps.
L’energia també és… massa?
Justa la fusta! L’any 1905, Albert Einstein publicava la ‘Teoria especial de la relativitat’, on descrivia diferents fenòmens de la física del moviment en absència de camps gravitacionals. Aquí ja en vam parlar força, però aquest cop prendrem una altra via: avui ens fixarem en la famosa equació E=mc2.
En aquesta breu igualtat, Einstein enunciava que un objecte en repòs segueix conservant una quantitat d’energia. De fet, és una quantitat determinada: el producte –és a dir, la multiplicació– de la seva massa per la velocitat de la llum al quadrat. I, de fet, d’aquesta energia en podem obtenir beneficis.
Això és summament important per àmbits com la física atòmica, on les reaccions de fissió de nuclis pesants o la fusió de nuclis lleugers alliberen energia que podem aprofitar. D’aquí en sorgeixen idees com la bomba atòmica o l’energia nuclear que s’utilitza avui en dia.
Si poguéssim transformar completament la massa en energia, una persona adulta de 75 kg podria cobrir totes les necessitats energètiques de Catalunya durant 1.114 anys!
Tornem a les plantofades!
Ara que hem vist que l’energia es pot convertir en altres formes d’energia o en altres magnituds, tornarem al punt d’inici. Com podem convertir l’energia cinètica d’una bufetada en energia tèrmica? Doncs és ben fàcil: l’energia tèrmica és, en el fons, energia cinètica!
Per definició, hem dit que l’energia cinètica era aquella present en un cos pel fet de trobar-se en moviment. Si agaféssim un cos i anéssim ampliant l’escala al qual l’observem fins a arribar a veure les molècules i els àtoms, veuríem que aquests no romanen quiets, sinó que es troben en constant moviment! D’aquí, n’extraiem una possible definició de temperatura: es tracta del moviment entre partícules a escala atòmica.
Si mirem a la temperatura del zero absolut (0 K, és a dir, -273,15 °C), les molècules es troben quietes. Ara bé, a mesura que augmentem la temperatura, veiem que aquestes es comencen a moure, fent que aportin propietats diferents a la matèria com vam poder veure en el cas de l’aigua i el seu punt de fusió.
Per tant, en donar una bufetada, l’energia cinètica de la nostra mà es transforma en energia cinètica per les molècules de l’objecte que rep el cop. Aquesta agitació és un augment de temperatura: d’aquí la conversió entre energia cinètica i energia tèrmica.
Cambrer, un pollastre rostit!
Havent deconstruit la pregunta i tots els conceptes vinculats, ja podem preparar el nostre particular pollastre rostit. Només ens falta saber un detall: la fórmula de la conversió de l’energia tèrmica a temperatura.
Per tant, recopilant un parell de dades i fent uns càlculs força ràpids i senzills, podem calcular quantes bufetades són necessàries per cuinar el pollastre, que considerarem cuinat un cop arribi als 200 ºC (partint d’una temperatura inicial de 0 ºC).
Ja per acabar…
Avui hem demostrat que fins i tot les preguntes més absurdes poden tenir ciència en el seu interior! El pròxim dia que et vingui de gust un pollastre rostit i tinguis temps de sobres per cuinar, t’animem a provar el mètode de les bufetades i a comprovar-ne experimentalment l’eficàcia encara que acabis amb la mà rostida. Tot i això, si vas curt de temps, pots intentar donar una sola bufetada que aporti l’energia necessària. Això sí, haurà d’anar a uns 1.650 m/s (5.940 km/h!), cosa que faria de la teva mà un dels objectes més ràpids del planeta Terra!
Per saber-ne més
Energia Nuclear – Llei de la conservació de l’energia
ICAEN – Balanç energètic de Catalunya
Future Science Leaders – How Many Slaps Does it Take to Cook a Chicken?
