Antonelli Roberto Fisica Energia e Lavoro Energia e
Antonelli Roberto Fisica: Energia e Lavoro
Energia e lavoro 1. Il lavoro 2. La potenza 3. L’energia cinetica 4. L’energia potenziale 5. Il trasferimento di energia Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 2
Il lavoro Una forza compie lavoro quando sposta il suo punto di applicazione; più forze applicate allo stesso corpo compiono lavoro in modo indipendente l’una dall’altra Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 3
Il lavoro Una forza compie lavoro se produce uno spostamento. Se forza F e spostamento s sono vettori paralleli, il lavoro L è il prodotto dei loro moduli: Se forza e spostamento non sono paralleli, si considera solamente la componente della forza parallela allo spostamento: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 4
Il lavoro Nel SI il lavoro si misura in joule (J): Se l’angolo tra forza e spostamento è α: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 5
Il lavoro Valore e segno del lavoro L dipendono dall’angolo α tra la forza F e lo spostamento s. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 6
Il lavoro Su un corpo agiscono più forze; il lavoro totale è: - la somma algebrica dei lavori delle singole forze che agiscono oppure, in modo equivalente - il lavoro compiuto dalla risultante di tutte le forze applicate Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 7
Il lavoro In un grafico forza-spostamento, l’area al di sotto del grafico rappresenta il lavoro compiuto dalla forza. Questo permette di calcolare il lavoro di forze variabili con lo spostamento, come la Forza elastica Il lavoro compiuto tra le posizioni 0 e s è uguale all’area colorata. Per la forza elastica: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 8
La potenza è il lavoro compiuto da una forza nell’unità di tempo; la potenza è una proprietà delle macchine Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 9
La potenza è il rapporto fra il lavoro compiuto e l’intervallo di tempo impiegato per compierlo: Nel SI la potenza si misura in watt (W): Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 10
La potenza Multipli del watt La potenza è un dato caratteristico delle apparecchiature elettriche. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 11
La potenza Un corpo è soggetto a una forza F e si muove a velocità costante. (F compensa le altre forze che si oppongono al moto, come gli attriti). La potenza che deve essere fornita in questo caso è il prodotto della forza per la velocità: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 12
La potenza Il rendimento di una macchina è il rapporto tra potenza utile e potenza assorbita; è sempre inferiore a 1 Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 13
L’energia cinetica è associata al movimento di un corpo; essa varia quando sul corpo viene fatto un lavoro Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 14
L’energia cinetica Energia: capacità di compiere lavoro Un corpo in movimento ha la capacità di compiere lavoro (per esempio comprimendo una molla) Energia cinetica: energia posseduta da un corpo in movimento. Dipende dalla massa e dalla velocità Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 15
L’energia cinetica Ec di un corpo e il semiprodotto della massa per il quadrato della velocita. Nel SI l’unità di misura dell’energia cinetica è il joule (J). - Lavoro e energia cinetica hanno la stessa unità di misura: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 16
L’energia cinetica Forza applicata a un corpo: l’energia cinetica può variare a) Una forza parallela alla velocità fa variare l’energia cinetica (moto di caduta) b) Una forza perpendicolare alla velocità modifica la traiettoria ma lascia invariata l’energia cinetica (moto circolare uniforme) Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 17
L’energia cinetica c) Una forza che forma un angolo α rispetto alla velocità può essere scomposta in due componenti: parallela alla velocità, fa variare l’energia cinetica perpendicolare alla velocità, modifica la traiettoria ma lascia invariata l’energia cinetica Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 18
L’energia cinetica Teorema dell’energia cinetica Il lavoro compiuto da una forza su un corpo è uguale alla variazione di energia cinetica del corpo stesso. vi è la velocità iniziale del corpo, prima che inizi l’azione della forza, vf è la velocità finale, quando questa azione è terminata. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 19
L’energia potenziale gravitazionale è associata alla posizione di un corpo rispetto alla Terra; l’energia potenziale elastica è associata alla deformazione dei corpi elastici Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 20
L’energia potenziale Un corpo fermo può avere la capacità di compiere lavoro: - per esempio può avere energia potenziale gravitazionale (a) o energia potenziale elastica (b) Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 21
L’energia potenziale Energia potenziale gravitazionale di un corpo: lavoro che la forza di gravità può compiere facendolo cadere sul piano di riferimento. Se l’oggetto ha massa m e si trova a una quota h: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 Lgravità = m·g·h 22
L’energia potenziale gravitazionale è una proprietà non del solo oggetto, ma del sistema Terra + oggetto. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 23
L’energia potenziale La forza peso è una forza conservativa Per fare salire (a velocità costante) un corpo su un piano inclinato senza attrito si applica una forza F che compie il lavoro L = P·h. Il corpo acquista l’energia potenziale Ep = P·h. Cadendo sotto l’azione del peso il corpo può restituire il lavoro speso per sollevarlo: Ep = L. Il lavoro compiuto dalla forza peso dipende solo dalla differenza di quota h, e non dal percorso. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 24
L’energia potenziale La forza d’attrito è una forza dissipativa In presenza di una forza di attrito Fa il lavoro per spostare il corpo a quota h è: L = F·l = P·h + Fa·l > P·h. Il corpo acquista l’energia potenziale Ep = P·h. Cadendo il corpo non può restituire tutto il lavoro speso per sollevarlo: Ep < L. Il lavoro compiuto dalla forza d’attrito dipende dal percorso seguito. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 25
L’energia potenziale Energia potenziale elastica Ee di una molla compressa di un tratto s: lavoro che la molla può compiere tornando alla posizione di equilibrio. La forza elastica è una forza conservativa Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 26
I trasferimenti di energia L’energia si può trasferire da un sistema a un altro in modi diversi; nel trasferimento ci possono essere delle perdite di energia Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 27
Energia L’energia si può trasformare Quando un corpo cade, la sua energia potenziale si trasforma in energia cinetica. L’energia si può trasferire L’atleta, quando lancia il giavellotto, gli trasferisce energia per lavoro meccanico. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 28
I trasferimenti di energia L’energia si può trasferire per lavoro elettrico La pila, utilizzando la propria energia chimica, compie un lavoro elettrico sui portatori di cariche elettriche del circuito di collegamento. Questo lavoro elettrico consente al motorino di sollevare il peso. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 29
I trasferimenti di energia L’energia può essere trasferita per calore Quando si accende il fuoco, l’energia chimica liberata nella combustione si trasferisce sotto forma di calore alla griglia, aumentandone la temperatura. La trasmissione di energia tra corpi caldi avviene anche a distanza (e nel vuoto, come per le stelle), per irraggiamento di onde elettromagnetiche Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 30
I trasferimenti di energia La radiazione solare può essere assorbita e poi trasformata da organismi viventi o da dispositivi convertitori di energia Un convertitore di energia è caratterizzato da un rendimento: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 31
Energia e lavoro Potenza Teorema dell’energia cinetica Energia cinetica Trasferimenti di energia Lavoro Energia potenziale Forze conservative Lavoro di una forza costante Energia potenziale gravitazionale Lavoro di una forza variabile Energia potenziale elastica Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 32
- Slides: 32
