Corso·Lezione 14·Meccanica ed energia
Lavoro, energia e potenza
Due macchine compiono lo stesso lavoro: perché una può essere più potente?
Obiettivi
- 01Calcolare lavoro in un caso semplice
- 02Distinguere energia e potenza
- 03Usare correttamente le condizioni di validità
Lavoro, energia e potenza sono collegati ma non intercambiabili. L’energia misura la capacità di produrre cambiamenti; il lavoro descrive un trasferimento; la potenza indica quanto rapidamente avviene.
01
Quando una forza compie lavoro
Una forza compie lavoro quando produce uno spostamento con una componente nella direzione della forza. Nel caso generale W = Fs cos θ. Se forza e spostamento sono paralleli, θ = 0° e cos θ = 1; se sono perpendicolari, il lavoro di quella forza è zero.
Il joule equivale a N·m. Il segno del lavoro indica se la forza trasferisce energia al corpo oppure la sottrae: una forza opposta allo spostamento compie lavoro negativo.
02
Energia cinetica e potenziale
L’energia cinetica Ec = ½mv² dipende dal quadrato della velocità. Raddoppiare la velocità quadruplica quindi l’energia cinetica, a massa invariata.
Vicino alla superficie terrestre, l’energia potenziale gravitazionale può essere scritta Ep = mgh rispetto a un livello di riferimento scelto. In un sistema ideale senza dissipazioni, una diminuzione di Ep può trasformarsi in aumento di Ec.
03
La potenza misura il ritmo
P = W/t. Due macchine possono compiere lo stesso lavoro, ma quella che impiega meno tempo sviluppa una potenza maggiore. Il watt è un joule al secondo. Non confondere potenza ed energia: kW e kWh, per esempio, descrivono grandezze diverse.
La potenza aggiunge il tempo
Nel caso semplificato di forza costante parallela allo spostamento, W = F·s. In generale conta anche l’angolo. La conservazione dell’energia si applica a un sistema isolato.
Formulario
- lavoro (J)
- potenza (W)
- angolo fra forza e spostamento
Esempio svolto
Forza parallela di 50 N per 4 m.
- 01
θ = 0°, quindi cos θ = 1
- 02
W = 50 × 4
- 03
W = 200 J (N·m = J)
Risultato200 J