Una forza, per la fisica, compie un lavoro se provoca uno spostamento.

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1 Lavoro La forza è la causa del cambiamento di moto di un corpo (dinamica). Se la risultante di puù forze applicate ad un corpo è nulla il corpo è in equilibrio stabile (statica). Una forza può causare lo spostamento (cambiamento di posizione) di un corpo (lavoro). Cosa è il lavoro. Una forza, per la fisica, compie un lavoro se provoca uno spostamento. Il lavoro è il prodotto fra il valore della forza e lo spostamento 1 provocato dalla forza. L= Fxs. Unità di misura del lavoro L= kg x m sec 2 x m = Nxm=J 2 L= kg p x m= 1 kgm 3 L'unità di misura del lavoro nel S.I. è il Joule (J). Un'altra unità di misura è il kgm (chilogrammetro): 1 kgm= 9,81 J. Energia Cosa è l'energia? L'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro. Unità di misura dell'energia L'unità di misura dell'energia è il Joule perchè Il lavoro svolto è uguale all'energia utilizzatai. 1 Lo spostamento è il segmento che unisce il punto di partenza e il punto di arrivo nel verso della Forza. 2 J (Joule)= Un joule è il lavoro con cui una forza di 1 N sposta un corpo di un metro nella direzione della forza stessa. 3 1 kgm = 9,81 N x m= 9,81 J Pag. 1

2 Forme di energia Energia potenziale (di posizione): E' l'energia che un corpo con un determinato peso possiede se si trova ad una data altezza rispetto al suolo (preso come piano di riferimento). E p =Pxh L'energia potenziale di un corpo è uguale al lavoro che esso produce quando cade ed è uguale, anche, al lavoro necessario per portare il corpo a quella posizione. Energia potenziale elastica è l'energia che possiede un corpo elastico quando viene deformato. Una molla compressa possiede una energia potenziale che uguale al lavoro necessario a comprimerla e che si esprime sotto forma di energia elastica nel momento in cui viene rilasciata. Energia cinetica è l'energia che possiede un corpo in movimento che ha una data massa e una certa velocità. E c = 1 2 xm x v2 Energia meccanica. L'energia meccanica di un corpo è la somma fra l'energia potenziale e l'energia cinetica possedute dal corpo stesso. Principio di conservazione della energia meccanica: in assenza di attrito, l'energia meccanica di un corpo rimane sempre costante E meccanica= E potenziale + E cinetica = costante Se il corpo durante la sua caduta è soggetto ad attrito una parte dell'energia meccanica si trasforma in energia termica. Potenza Cosa è la potenza? La potenza 4 è il lavoro compiuto nell'unità di tempo. P= L/t 4 La potenza è direttamente proporzionale al lavoro e inversamente proporzionale al tempo impiegato Pag. 2

3 Qual è l'unità di misura della potenza? L'Unità di misura della potenza nel S.I. è il watt (W) o il Cavallo Vapore (CV). Cosa è un Watt? 1W= 1J/sec 1 W è la potenza necessaria a una macchina a sollevare in 1 secondo un corpo che pesa 1N all'altezza di 1 metro. 1 kw= W 1 MW= W 1GW= W 1 CV= 735 W (In inglese 1 CV = 1HP) Cavallo vapore Chilowattora (kw/h): lavoro compiuto in 1 ora da una macchina avente la potenza di 1kW. Il kwh è l'unità di misura per misurare i consumi elettrici. Calore e lavoro Il lavoro può essere trasformato in calore (energia termica). Esempio: a causa dell'attrito il lavoro di una ruota si trasforma in parte in calore. Il calore, viceversa, può trasformarsi in lavoro. Esempio: il calore del vapore acqueo può trasformarsi in lavoro nella macchina a vapore o nella turbina di una centrale termoelettrica. La scienza che studia la trasformazione di calore in lavoro e viceversa si chiama termodinamica. Unità di misura del calore caloria (cal) = 4,186 J quantità di calore necessaria per far aumentare di 1 C, da 14,5 a 15,5 C, la temperatura di 1g di acqua distillata Kcal = 1000 cal= 4186 J = 4,186 kj Pag. 3

4 Cosa si può fare con 1kcal di calore? Riscaldare di 1 C 1 litro di acqua sollevare di 1 m circa 427 kg N.B. 1 g di zuccheri producono 4 kcal (energia per sollevare di 1 m 1700 kg) 1 g di grassi producono 9 kcal 1 adulto ha bisogno mediamente di 3000 kcal al giorno Principi della termodinamica Primo principio: l'energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma Secondo principio: Il calore passa spontaneamente solo da un corpo più caldo a uno più freddo e non viceversa. Solo una parte del calore può essere trasformata in lavoro ( la restante parte di calore viene ceduta all'esterno) E' impossibile realizzare una macchina che trasformi tutto il calore in lavoro Le macchine che trasformano calore in lavoro sono dette macchine termiche (macchina a vapore, turbina a vapore, motore dell'automobile, ) E' possibile trasferire calore da un corpo meno caldo a un corpo più caldo (in contraddizione al secondo principio della termodinamica), ma spendendo energia (frigorifero, condizionatore sono macchine termiche che consumano energia elettrica per trasferire calore da un corpo meno caldo ad uno più caldo. Pag. 4

5 Sole: 4x10 17 GW Cuore 2,25 W Uomo: W (solleva un peso di kg in un sec. Ad un'altezza di 1 m) Cavallo: 700 W Automobile: W Locomotore: W Centrale nucleare: W Lampada: 100 W/h Asciugapelli: 1-3 KW/h = 0,3-0,8 W Esercizi Quale lavoro bisogna compiere per spostare di 50m una carriola che pesa 10kg? L=9,81xPxs=9,81x10x50 Nxm=4900J Una gru solleva all'altezza di 30m un carico di mattoni di 200kg. Qual è il lavoro svolto dalla gru? L=9,81xPxs=9,81x200x30=58800J Esempio Un automobile che ha una massa di 1000kg si muove alla velocità di m/s. Quanta energia cinetica possiede l'automobile e quanto lavoro devono fare i freni per fermare la macchina. E c = 1 2 xm x v2 = 1 2 x1000 x 202 =200000J L= J (lavoro per fermare l'automobile) Esempio Un corpo di massa 1 kg posto a 100 m dal suolo possiede: E p =Pxh=1x9,81x100J= 981J (energia potenziale del corpo posto a 100 m) E c =0 (energia cinetica del corpo posto a 100 m) E m =E p + E c =( )J Il corpo viene lasciato cadere al suolo, quali saranno i valori delle tre forme di energia a 70m dal suolo? Pag. 5

6 E p =Pxh=1x9,81x70J= 686,7J (energia potenziale del corpo posto a 100m) E c = 1 2 x m x v2 = 1 x1 x 2x9,81 x30 =294,3 J 2 E m =E p + E c =(686,7+294,3)J=981J N.B. v 2 =2xaxs=2 x s s2 x s=2 x 2 t t 2 Pag. 6

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