L’ENERGIA L’energia Sofia Gritti Sabrina Ladisa 3^B A.S. 2013/2014 Prof.M.Letizia Fogliata.
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Il lavoro e l’energia Il concetto fondamentale che mette in relazione forze, spostamenti ed energia è quello di lavoro Lavoro di una forza costante Nel caso di forza e spostamento con uguale direzione e verso il lavoro è il prodotto del modulo della forza per il modulo dello spostamento è positivo è detto lavoro motore Nel SI il lavoro si misura in joule (J) 1 J = 1 N ·1 m
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Il lavoro e l’energia
Il concetto fondamentale che mette in relazione forze, spostamenti ed energia è quello di lavoro
Lavoro di una forza costante
Nel caso di forza e spostamento con uguale direzione e verso il lavoro
è il prodotto del modulo della forza per il modulo dello spostamento
è positivo
è detto lavoro motore
Nel SI il lavoro si misura in joule (J)
1 J = 1 N ·1 m
Il lavoro e l’energia
Nel caso di forza e spostamento con uguale direzione e verso opposto il lavoro
è negativo
è detto lavoro resistente
– la forza si oppone allo spostamento
L = -Fs
Il lavoro e l’energia
La definizione generale di lavoro
Se la forza forma un angolo rispetto allo spostamento, per il calcolo del lavoro consideriamo la sua componente parallela allo spostamento
F// = Fcos
si ha lavoro motore se 0 <= < 90°
si ha lavoro resistente se 90° <= < 180°
Il lavoro è nullo se la forza e lo spostamento sono fra loro perpendicolari
Il lavoro compiuto dalla forza gravitazionale terrestre su un satellite in orbita intorno alla Terra è nullo, perché forza e spostamento sono perpendicolari in ogni punto della traiettoria del satellite.
Il lavoro e l’energia
Il lavoro non ha nulla a che vedere con il concetto di fatica
trasportando una valigia pesante non si svolge alcun lavoro
Lavoro e fatica
Il lavoro e l’energia
Il lavoro di una forza variabile
Se la forza varia nel tempo e nello spazio il lavoro si può calcolare applicando un metodo grafico
Il lavoro e l’energia
Il lavoro della forza elastica
La forza elastica è un esempio di forza variabile
F = ks Legge di Hooke
La forza elastica di una molla è proporzionale allo spostamento della molla dalla sua posizione di equilibrio moltiplicato per la costante elastica k della molla
L’energia meccanica
L’energia cinetica del corpo di massa m e velocità v è:
Il lavoro compiuto sul corpo aumenta la sua energia cinetica
L’unità di misura dell’energia cinetica è il jouleSe consideriamo un corpo che è inizialmente in quiete, con energia cinetica iniziale nulla
ENERGIA CINETICA E LAVORO
L’energia meccanica è la capacità di un corpo di compiere lavoro in virtù:- Della sua velocità (ENERGIA CINETICA: energia di movimento)- Della sua posizione (ENERGIA POTENZIALE GRAVITAZIONALE)- Della sua deformazione (ENERGIA POTENZIALE ELASTICA)
L’energia cinetica
Il teorema dell’energia cinetica
Teorema dell’energia cinetica Il lavoro compiuto su un corpo è uguale alla variazione EC della sua energia cinetica, ovvero alla differenza tra l’energia cinetica finale del corpo ECfin
e la sua energia cinetica iniziale ECini
dove vf è la velocità finale del corpo e vi quella iniziale
se il lavoro è positivo l’energia cinetica finale è maggiore di quella iniziale
se il lavoro è negativo l’energia cinetica finale è minore di quella iniziale
se il lavoro è nullo l’energia cinetica è rimasta invariata
L’energia potenziale
L’energia potenziale gravitazionale
L’energia potenziale gravitazionale
è l’energia immagazzinata in un corpo sottoposto alla forza di gravità
L’energia potenziale gravitazionale EP di un corpo di massa
m, posto a un’altezza h rispetto al suolo (livello di riferimento) è uguale a
è riferita al sistema Terra-corpo
L’acrobata che si trova a una determinata altezza da terra possiede una certa energia potenziale, che si trasforma in energia cinetica quando si lancia verso il basso. Questa energia cinetica consente di compiere il lavoro necessario a far salire un secondo acrobata.
Il lavoro ed energia potenziale
gravitazionale
Il lavoro della forza peso necessario per spostare un corpo da unpunto A a un punto B è uguale alla differenza tra l’energia potenzialeEPA del corpo nel punto A e l’energia potenziale EPB del corpo nelpunto B
L = EPA - EPB = mghA - mghB
L’energia potenziale
L’energia potenziale elastica
Considerando una molla compressa
L’energia potenziale elastica della molla è uguale al lavoro della forza elastica
Il lavoro della forza elastica quando la molla si sposta da una posizione x1 a una posizione x2 è uguale alla differenza tra l’energia potenziale elastica della molla nel punto x1 e l’energia potenziale elastica della molla nel punto x2
La conservazione dell’energia meccanica
L’energia, “qualcosa” che si conserva
Energia meccanica : L’energia meccanica di un corpo è la somma della sua energia cinetica e della sua energia potenziale
Se su un corpo agiscono forze come la forza peso (di gravità), allora vale il principio di conservazione dell’energia meccanica
• La forza di gravità è una forza conservativa: Le forze sono conservative se il lavoro da esse compiuto su un corpo non dipende dal cammino descritto ma solo dalla posizione iniziale e finale; sono forze che conservano l’energia meccanica
• Le forze che disperdono parte dell’energia meccanica sono dette forze non conservative o dissipative
Forza elastica: altra forza conservativa
Anche in questo caso la somma dell’energia potenziale elastica e dell’energia cinetica del corpo si conserva
La conservazione dell’energia meccanica
Legge generale di conservazione dell’energia meccanica
Se sul corpo agiscono solamente forze conservative, come la forza peso o la forza elastica allora l’energia meccanica totale del corpo rimane costante
Trasformazioni e trasferimenti di energia
L’energia meccanica può
– trasferirsi da un corpo a un altro
– trasformarsi in altre forme
Se agiscono forze non conservative, parte dell’energia viene dispersa
si trasforma in altre forme di energia non meccanica
L’energia meccanica si conserva solamente se tutte le forze che agiscono sono conservative
L’energia potenziale gravitazionale che il tuffatore ha acquisito raggiungendo il punto da cui si lancia, si trasforma durante il tuffo in energia cinetica.
La conservazione dell’energia totale
Forze non conservative
In presenza di forze non conservative come l’attrito
– parte dell’energia meccanica viene dissipata convertendosi in energia termica
• la legge di conservazione dell’energia meccanica va modificata
La conservazione dell’energia totale
Legge di conservazione dell’energia totale (TEOREMA ENERGIA-
LAVORO) Se su un corpo in movimento da un punto iniziale A a un punto finale B agisce una forza non conservativa come la forza di attrito, che compie un lavoro LNC (negativo), vale la seguente relazione
La relazione vale qualunque sia il percorso compiuto dal corpo
𝑳𝑵𝑪 = 𝑬𝑴𝑩 − 𝑬𝑴𝑨
NC
La conservazione dell’energia totale
Forme di energia non meccanica
In natura esistono molte forme di energia che sono state sfruttate dall’uomo
– energia potenziale dell’acqua
– calore prodotto dalla combustione
– energia proveniente dal Sole
La potenza
La potenza è il rapporto tra il lavoro compiuto L e il tempo impiegato a compierlo t
Tempo e potenza a parità di lavoro compiuto sono inversamente proporzionali
L’unità di misura della potenza è il watt (W = 1J / 1s)
Nella pratica si utilizzano inoltre– il kilowatt (kW) »1 kW = 103 W– il megawatt (MW) » 1 MW = 103 W– il kilowattora (kWh) » 1 kWh = 3·6 103 J
Lavoro e potenza a velocità costante
La potenza sviluppata dal motore di un’automobile per mantenerla in moto rettilineo a velocità costante v è
