Fisica Applicata, Area Tecnica, M. Ruspa. LAVORO ed ENERGIA

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1 LAVORO ed ENERGIA

2 F m Δs F s LAVORO F Se la forza e costante durante lo spostamento F Δs F Δs >> Unita di misura nel S.I.

3 ESERCIZIO Un infermiere spinge un paziente di 72 kg su una barella di 15 Kg, conferendo a questa un accelerazione di 0.6 m/s 2. a. Calcolare la forza applicata alla barella. b. Quanto lavoro compie l infermiere spingendo la barella per un tratto di 2.5 m? c. Esprimere i J in funzione delle unità di misura fondamentali del SI

4 LAVORO DELLA FORZA PESO

5 ENERGIA Rappresenta la capacità che un corpo ha di compiere lavoro. Concetto comune a molti campi della fisica, può presentarsi in molteplici forme: energia associata a un corpo in movimento (energia cinetica) energia associata alla posizione di un corpo (energia potenziale) energia di legame molecolare (energia chimica) energia associata alla massa (energia nucleare, E=mc 2 ) energia termica e calore... Ogni processo naturale coinvolge trasformazioni di energia. In un sistema isolato l energia totale si conserva sempre (principio di conservazione dell energia).

6 ENERGIA CINETICA Un corpo che si muove a velocita v possiede in virtu della sua velocita la capacita di compiere un lavoro (per esempio se va a sbattere)

7 ENERGIA CINETICA e LAVORO Se si compie lavoro su un corpo si modifica la sua energia cinetica L = (Ec) fin (Ec) in Se il lavoro e motore (L>0) l energia cinetica del corpo aumenta Se il lavoro e resistente (L<0) l energia cinetica del corpo diminuisce Se su un corpo agiscono piu forze L e il lavoro totale, ossia la somma dei lavori compiuti dalle singole forze!

8 ENERGIA POTENZIALE GRAVITAZIONALE h Un corpo sollevato ad altezza h possiede la capacita di compiere lavoro in virtu del proprio peso L = (Ep) in (Ep) fin

9 VERIFICA DIMENSIONALE Unita di misura di E c Unita di misura di E P

10 QUALCHE DOMANDA. Una macchina si muove a velocità costante per 10 km. La forza risultante che agisce su di esso compie lavoro? E possibile che un elefante che si muove lentamente abbia energia cinetica maggiore di un antilope che si muove velocemente? In assenza di attrito riuscirà la macchinina a risalire il punto 2, partendo dal punto 1 con velocità nulla? 1 2 y

11 ENERGIA MECCANICA E T = E C + E P Se un corpo e soggetto alla sola forza peso (no attrito) l energia meccanica totale resta costante. [PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL ENERGIA MECCANICA] >> Unita di misura nel S.I.

12 APPLICAZIONE DEL PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DI E T E C E P E T

13 POTENZA MECCANICA La potenza rappresenta il lavoro compiuto da una forza nell unità di tempo >> Unita di misura nel S.I.

14 STATICA

15 CONDIZIONE DI EQUILIBRIO Punto materiale Corpo esteso F 1 F 1 F 2 F 2 Il punto rimane fermo? Il corpo rimane in stato di quite?

16 IL MOMENTO MECCANICO Il momento di una forza rappresenta la capacita di una forza di produrre una rotazione F fulcro F M>0 rotazione antioraria M<0 rotazione oraria F

17 CONDIZIONE DI EQUILIBRIO DI UN CORPO RIGIDO 1. La risultante delle forze che agiscono su un corpo deve essere nulla equilibrio traslazionale 2. La risultante dei momenti di tutte le forze equilibrio rotazionale I momenti possono essere calcolati rispetto a un punto qualunque (ma il punto deve essere lo stesso per tutti i momenti!)

18 UNA DOMANDA Se manteniamo orizzontale il braccio con un peso in mano sentiamo che lo sforzo muscolare rispetto al caso in cui lo manteniamo ad esempio a 45 rispetto al busto. Perche?

19 LE LEVE Una leva e costituita da un asta rigida appoggiata su punto fisso (FULCRO) e sottoposta a due forze: forza motrice (F m ) e forza resistente (F r ) b r R b m F r F m

20 F r GUADAGNO DI UNA LEVA R b r b m G = F r F m F m

21 F r Leve del I TIPO b r b m F m TIPI DI LEVE Leve del II TIPO F m b m b r b m Leve del III TIPO F m F r b r

22 LEVE DEL CORPO UMANO

23 ESERCIZIO T Se il peso P dell avambraccio e 12 N ed e applicato ad una distanza di 15 cm dal gomito, determinare la tensione T esercitata dal muscolo bicipite e la forza di reazione R esercitata dal gomito

24 BARICENTRO Punto di applicazione della forza peso Nei solidi omogenei di forma regolare e il centro di simmetria del corpo. Se il corpo e rigido e un punto fisso rispetto al corpo; se il corpo e flessibile la sua posizione dipende dalla postura. In un uomo in posizione eretta si trova a livello della II vertebra sacrale e la verticale passante per esso cade circa 3 cm davanti alla caviglia.

25 EQUILIBRIO FERMO SU UN PIANO ORIZZONTALE Un corpo sta in equilibrio su un piano orizzontale se la verticale passante per il baricentro cade all interno della sua superficie di appoggio