Energia e lavoro
Energia e lavoro sono due grandezze molto importanti in fisica.
L’energia è una grandezza che esprime la capacità di un corpo di compiere lavoro, indipendentemente dal fatto che il lavoro venga davvero compiuto o meno.
Si manifesta nella forma di energia cinetica, potenziale e meccanica.
Nella vita di tutti i giorni usiamo spesso il termine energia riferendoci alla capacità e all’intensità con cui svolgiamo le attività quotidiane, e capita spesso di dire “oggi sono stanco, non ho energia”.
In Fisica si distinguono diversi tipi di energia.
In Meccanica e in particolare in Dinamica, le forme di energia che ci interessano sono:
-cinetica
-potenziale
-meccanica
L’energia meccanica di un sistema è la somma di energia cinetica e potenziale del sistema stesso.
L’energia è una grandezza scalare, cioè caratterizzata da un valore numerico e da un’unità di misura: in questo caso è il joule (J), esattamente la stessa unità di misura del lavoro.
Macchinari, elettrodomestici, cellule e corpo umano per funzionare hanno bisogno di energia. Il corpo umano per produrre energia usa gli alimenti, soprattutto zuccheri come il glucosio (respirazione cellulare).
Per spostare un libro dobbiamo applicare una forza.
Il lavoro
In fisica la grandezza che collega la forza applicata (F) con lo spostamento (s) ottenuto è il lavoro.
Il lavoro fatto da una forza è il prodotto dell’intensità della forza per la lunghezza dello spostamento provocato nella direzione della forza stessa quindi
L= F.∆s
Il lavoro meccanico è una grandezza scalare con unità di misura il joule (J)
1J = 1N . 1m
Per avere un’idea: 1 joule è il lavoro compiuto per spostare in verticale un quaderno da terra al banco distante ∆s = 60 cm.
Energia e lavoro sono quindi facce della stessa medaglia e quindi anche l’energia è una grandezza che si misura in joule.
L’energia è quindi la capacità di un corpo di fare un lavoro meccanico.
Se la componente F ha lo stesso verso dello spostamento la forza aiuta lo spostamento e il lavoro si dice lavoro motore; se invece la forza ostacola lo spostamento il lavoro viene detto lavoro resistente.
La potenza
La potenza è il lavoro compiuto da una forza nell’unità di tempo. Nel sistema internazionale la potenza si misura in watt (W).
Un watt corrisponde a 1J /s
Qualsiasi corpo che si muove può compiere un lavoro perché possiede un’energia che si chiama energia cinetica cioè energia di movimento.
Calcoliamo l’energia cinetica posseduta da un corpo con velocità di modulo v.
Un corpo di massa m che è in movimento con velocità v possiede un’energia cinetica è Ecin = 1/2 m.v2 .
Domanda: Quanta energia cinetica ha un atleta di 90 kg che corre a 10 m/s?
Ecin = ½. 90.102 = 45.100 = 4500J.
L’energia potenziale
Inoltre esiste anche l’energia potenziale.
Abbiamo due scatole uguali A e B: A è posta a 1 m di altezza e B a 3 metri. La scatola B ha un’energia potenziale superiore per il fatto stesso che esiste la forza di gravità: si parla perciò di energia potenziale gravitazionale.
Si può calcolare l’energia potenziale di un corpo di massa m che si trova a un’altezza h con questa formula
Epg = m . g. h
