Main training FISICA. Lorenzo Manganaro. Lezione 5 Termodinamica

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2 Main training FISICA Lorenzo Manganaro Lezione 5 Termodinamica

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4 1. Lavoro di una forza 2. Energia meccanica e legge di conservazione 3. Forze dissipative 4. Potenza

5 Sta$s$ca Conservazione dell energia 2. Potenza Veterinaria Ottica e Optometria Odontoiatria Medicina Vettori Cinematica - generale - Moti in genere Moto rettilineo uniforme Moto uniformemente accelerato - Caduta libera Moto circolare uniforme Moto parabolico Pendolo - piccole oscillazioni - Moto armonico F=ma, Principi della dinamica - Forza elastica Forza di attrito Dinamica generale - Sistemi di riferimento non inerziali Gravitazione - Campo gravitazionale Keplero Teorema dell'impulso Urti e quantità di moto - cons momento angolare Corpo rigido - leve Lavoro di una forza Energia cinetica Potenziale elastico Potenziale gravitazionale Conservazione dell'energia meccanica Bilancio energetico con forze dissipative Potenza Pressione - Legge di Pascal Legge di Stevino - Esperimento di Torricelli Legge di Archimede Portata- Dinamica in generale Bernoulli Torricelli Calore, Temperatura, calorie, calore specifico Dilatazione termica Equilibrio termico Passaggi di stato Conduzione convezione irraggiamento I principio Macchine termiche - II principio - Ciclo di Carnot Entropia Gas perfetti - cinetica - Leggi di Boyle - Gay Lussac - Eq Trasformazioni (isobara isocora isoterma adiabatica e Ottica geometrica - Lenti Onde stazionarie Effetto Doppler Legge di Coulomb - Campo elettrico Energia - Potenziale elettrostatico Flusso e teorema di Gauss Elettrizzazione - Elettricità - Conduttori - Condensatori Serie e parallelo di condensatori II Legge di Ohm Serie e parallelo di resistenze Corrente - Circuiti elettrici - Leggi di Kirchhoff Effetto Joule - Potenza elettrica - Intensità lampadine Campo magnetico - Magnetismo Forza di Lorentz Biot-Savart - Laplace Teorema di Ampere Induzione elettromagnetica Equazione di Maxwell e onde - Spettro elm Fisica nucleare - Radiazione - Meccanica quantistica Altro: densità-volume-peso specifico

6 Lavoro di una forza James Prescott Joule ( ) Se la forza è costante: L =! F! s Grandezza scalare Unità di misura nel SI: joule, J joule: Grandezza derivata: [M] [L] 2 [T] -2

7 Lavoro di una forza Se la forza NON è costante: F s

8 Lavoro di una forza Se la forza NON è costante: F Lavoro L = Z Fds s

9 Energia It s important to realize that in physics, today, we have no knowledge of what energy is R.Feynman, 1964 The Feynman lectures on Physics

10 Energia 1. Quantità astratta: rappresenta la capacità di un corpo di compiere lavoro (o il lavoro da fare per portare il corpo in una determinata condizione) 2. Si presenta sotto molte forme (potenziale, cinetica, ) 3. Si conserva: non si crea né si distrugge, bensì si trasforma attraverso il lavoro

11 Esperimento di Joule: Equivalenza Energia/Lavoro

12 Energia cine*ca L energia che possiede un oggetto in virtù del suo movimento Quanto lavoro devo fare per prendere un oggetto di massa m fermo e fargli acquistare una velocità v?

13 Energia cine*ca L energia che possiede un oggetto in virtù del suo movimento E k = 1 2 mv2 Teorema delle forze vive (o dell energia cinetica): L = E k

14 Esercizio Una cassa di massa m = 2 kg viene tirata lungo un piano senza attrito da una forza costante F = 12 N per un tratto s = 3 m. Determinare il lavoro compiuto dalla forza e la velocità finale della cassa. [L=36J, v=6 m/s]

15 Esercizio Il lavoro di una forza costante è uguale a 100!. Sapendo che lo spostamento è di 10 " e la forza di 20 #, quanto vale l angolo tra la forza e lo spostamento? A. 30 B. 45 C. 60 D. 90 E. 120

16 Esercizio Il lavoro di una forza costante è uguale a 100!. Sapendo che lo spostamento è di 10 " e la forza di 20 #, quanto vale l angolo tra la forza e lo spostamento? A. 30 B. 45 C. 60 C D. 90 E. 120

17 Forze conserva,ve e Energia potenziale L 1 Forza conservativa: L 2 L 3 A. Il lavoro non dipende dal percorso ma solo dalle posizioni di partenza e arrivo (L 1 =L 2 =L 3 ) B. Il lavoro lungo un percorso chiuso è nullo (se A=B allora L=0) Per ogni forza conservativa si può definire un Energia Potenziale

18 Energia potenziale gravitazionale Quanto lavoro devo fare per prendere un oggetto di massa m posato a terra e sollevarlo fino a un altezza h? U g = mgh

19 Esempio: Forza di gravità L=0 L=mgh L= mgh L=0 START/END

20 Energia potenziale elas/ca Quanto lavoro devo fare per allungare una molla con costante elastica k di x? U = 1 el 2 k ( x ) 2

21 Energia meccanica La somma di energia cinetica e potenziale di un corpo: E M = U + E k Legge di conservazione dell energia meccanica: Se un sistema è soggetto esclusivamente all azione di forze conservative, l energia meccanica del sistema si conserva! E M = costante

22 Esempio: Moto di caduta h E M = mgh + 0 U h 1 E = mgh + 1 M 1 2 mv 2 1 E k 0 E M = mv2

23 Esercizio Un corpo di massa! è attaccato ad un pendolo semplice e posto ad un altezza h rispetto al punto più basso raggiungibile; con che velocità transita per questo ultimo punto? A. B. C. D. E. p g/2h p 2h/g mgh p 2gh p 2g/h

24 Esercizio Un corpo di massa! è attaccato ad un pendolo semplice e posto ad un altezza h rispetto al punto più basso raggiungibile; con che velocità transita per questo ultimo punto? A. B. C. D. E. p g/2h p 2h/g mgh p 2gh p 2g/h D

25 Forze non conservative Se agiscono forze non conservative: l energia meccanica NON si conserva MA L energia non si crea né si distrugge, al massimo si trasforma QUINDI L energia totale si conserva! E M = L F!non!conservative

26 Esercizio Un oggetto di massa m = 50 kg è in moto con v 0 = 10 m/s lungo un piano con coefficiente di attrito µ = 0,2. Qual è (approssimativamente) la sua velocità dopo che ha strisciato per un tratto s = 5 m? A. 80 m/s B. 9 m/s C. 6 m/s D. 3 m/s E. 0,6 m/s

27 Esercizio Un oggetto di massa m = 50 kg è in moto con v 0 = 10 m/s lungo un piano con coefficiente di attrito µ = 0,2. Qual è (approssimativamente) la sua velocità dopo che ha strisciato per un tratto s = 5 m? A. 80 m/s B. 9 m/s C. 6 m/s D. 3 m/s E. 0,6 m/s B

28 Potenza Misura la rapidità con la quale avviene il trasferimento di energia ad una sistema P = L t Grandezza scalare u.m.: J/s = W (watt) [P] = [M] [L] 2 [T] -3 1 kwh = 1000 W 3600 s = 3, J

29 Esercizio Si vuole sollevare un pianoforte di 200 kg con un montacarichi capace di sviluppare una potenza pari a 3kW fino al quinto piano di un palazzo (si considerino ~4m a piano). Quanto tempo ci vuole? A. 13 s B. 15 s C. 7,5 s D. 15 min E. Non ci sono dati a sufficienza per rispondere

30 Esercizio Si vuole sollevare un pianoforte di 200 kg con un montacarichi capace di sviluppare una potenza pari a 3kW fino al quinto piano di un palazzo (si considerino ~4m a piano). Quanto tempo ci vuole? A. 13 s B. 15 s C. 7,5 s D. 15 min A E. Non ci sono dati a sufficienza per rispondere