Il Lavoro e l'Energia Cinetica

Il lavoro è un concetto fondamentale in fisica, definito come il prodotto della forza per lo spostamento. Questa sezione esplora il lavoro di forze costanti e variabili, introducendo anche l'importante concetto di energia cinetica.

Definizione: Il lavoro (L) è misurato in Joule (J) ed è dato dal prodotto della forza F (N) per lo spostamento s (m).

Per una forza costante, la formula del lavoro è: L = F · s (quando forza e spostamento sono nella stessa direzione) L = -F · s (quando forza e spostamento sono in direzioni opposte) L = F · s · cos α (quando forza e spostamento formano un angolo α)

Esempio: Nel caso di una forza elastica con costante elastica k (N/m), il lavoro è dato dalla formula: L = ½ ks²

L'energia cinetica (Ec) è la capacità di un sistema di compiere lavoro dovuta al suo movimento. Per un corpo in moto rettilineo uniformemente accelerato, l'energia cinetica è data dalla formula:

Ec = ½ m · v²

dove m è la massa del corpo e v la sua velocità.

Highlight: Il teorema dell'energia cinetica stabilisce che il lavoro compiuto su un corpo è uguale alla variazione della sua energia cinetica (ΔEc).

Energia Potenziale e Conservazione dell'Energia Meccanica

Questa sezione si concentra sull'energia potenziale, sia gravitazionale che elastica, e introduce il principio fondamentale di conservazione dell'energia meccanica.

Definizione: L'energia potenziale gravitazionale (U) è l'energia immagazzinata in un corpo sottoposto alla forza di gravità.

La formula dell'energia potenziale gravitazionale è:

U = m · g · h

dove m è la massa del corpo, g l'accelerazione di gravità (9,8 m/s²) e h l'altezza.

Esempio: Il lavoro della forza peso da un'altezza h₁ ad un'altezza h₂ è dato dalla formula: L = mg(h₁ - h₂)

L'energia potenziale elastica di una molla è data dalla formula:

U = ½ k · s²

dove k è la costante elastica della molla e s lo spostamento dalla posizione di equilibrio.

Highlight: Il principio di conservazione dell'energia meccanica afferma che, in assenza di forze non conservative, l'energia meccanica totale di un sistema rimane costante.

La formula del principio di conservazione dell'energia meccanica è:

Eci + Ugi = Ecf + Ugf

ovvero:

½ m · v₁² + m · g · h₁ = ½ m · v₂² + m · g · h₂

Per sistemi elastici, la formula diventa:

½ m · v₁² + ½ k · x₁² = ½ m · v₂² + ½ k · x₂²

La Potenza

La sezione finale introduce il concetto di potenza, una grandezza fondamentale in fisica e ingegneria.

Definizione: La potenza (P) è il rapporto tra il lavoro compiuto (L) e il tempo impiegato (Δt).

La formula della potenza è:

P = L / Δt

L'unità di misura della potenza è il watt (W), dove 1 W = 1 J/s.

Vocabulary:

• 1 kilowatt (kW) = 1000 W
• 1 megawatt (MW) = 1.000.000 W
• 1 kilowattora (kWh) = 1 kW · 1 h

Un'altra formula importante per la potenza è:

P = F · v

dove F è la forza applicata e v la velocità del corpo.

Highlight: Tempo e potenza sono inversamente proporzionali: a parità di lavoro compiuto, una maggiore potenza implica un minor tempo impiegato.