IL conservazionedàenergiameccanica è una delle leggi della meccanica che derivano da principionelconservazionedàenergia. Secondo la legge di conservazione dell'energia meccanica, quando nessuna forza dissipativa agisce su un corpo, tutta la sua energia legata al movimento è mantenuta costante. Ciò equivale a dire che il energia cinetica e il energiapotenziale del corpo non cambia mai.
Comprendere la legge di conservazione dell'energia meccanica è essenziale per risolvere un gran numero di Situazioni fisiche che si avvicinano a situazioni ideali, quindi questo è uno dei problemi più richiesti nel campo dà Meccanica nei test Enem.
Vedi anche: Trazione - comprendi questo altro concetto fisico studiato dalla Meccanica
Che cos'è la conservazione dell'energia meccanica?
IL conservazionedàenergiameccanica afferma che tutta l'energia relativa al movimento di un corpo è mantenuta costante quando nessuna forza dissipativa, come l'attrito e le forze di trascinamento, agisce su di esso.
Quando diciamo che l'energia meccanica è
conservato, questo significa che la somma di energiacinetica con il energia potenzialeè lo stesso in ogni momento e in qualsiasi posizione. In altre parole, nessuna parte dell'energia meccanica di un sistema viene trasformata in altre forme di energia, come Energia termica.Tutto ciò premesso, secondo la legge di conservazione dell'energia meccanica, in un sistema non dissipativo, possiamo dire che le energie meccaniche in due posizioni distinte sono uguali.
EM - energia meccanica
EÇ - energia cinetica
EP - energia potenziale
Per comprendere meglio il concetto di conservazione dell'energia meccanica, è necessario sapere di cosa si tratta energiacinetica e energiapotenziale, quindi spiegheremo brevemente ciascuno di questi concetti nei seguenti argomenti.
Energia cinetica
IL energiacinetica è l'energia contenuta in qualsiasi corpo che ha a quantità di movimento non nullo, cioè finché il corpo ha pasta e velocità, sarà dotato di una certa quantità di energia cinetica.
IL energiacinetica è grandezza scalare la cui unità, secondo la Ssistema ioUnità Internazionali, e il joule (J). La formula dell'energia cinetica afferma che questa energia è uguale al prodotto di pasta (m) e il piazzadàvelocità (v²) diviso per 2.
m - pasta
v - velocità
EÇ - energia cinetica
Per saperne di più su questa forma di energia, visita il nostro articolo specifico: Energia cinetica.
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Energia potenziale
IL energiapotenziale è una forma di energia che può essere immagazzinata e che dipende direttamente dal posizione dove un corpo è in relazione a qualche campo di forza, come il campo gravitazionale, campo elettrico e campo magnetico.
IL energiapotenziale può essere accumulato in un corpo solo quando è soggetto all'azione di a forzaconservatore, cioè una forza che applica sempre la stessa quantità di energia a un corpo, indipendentemente dal percorso compiuto.
Un esempio di forza conservativa è il forza Peso: se un corpo viene sollevato contro l'azione della forza peso da terra ad una certa altezza, indipendentemente dalla traiettoria percorsa da questo corpo, il potenziale guadagno di energia dipenderà esclusivamente dalla differenza tra i due altezza.
Quando si tratta di esercizi sulla conservazione dell'energia meccanica, ci sono due tipi più comuni di energia potenziale: a energia potenziale gravitazionale e il energia potenziale elastica. L'energia potenziale gravitazionale è la forma di energia relativa all'altezza di un corpo rispetto al suolo. Dipende dalla massa corporea, dal accelerazione di gravità sul posto e all'altezza
g – gravità (m/s²)
H – altezza (m)
ILenergia potenziale elasticaè quello relativo a deformazione di qualche oggetto, come un elastico. Per calcolarlo, si tiene conto di quanto era l'oggetto deforme (x), così come il costanteelastico di questo oggetto (k), misurato in newtonpermetropolitana. Se un oggetto ha una costante elastica di 800 N/m, questo indica che, per essere deformato di un metro, questo oggetto subisce l'azione di una forza di 800 N. La formula utilizzata per calcolare l'energia potenziale elastica è la seguente:
Per saperne di più su questa forma di energia, visita il nostro articolo specifico: Energia potenziale.
energia meccanica
IL energia meccanica e il somma di energia cinetica e potenziale. In altre parole, è tutta l'energia che è collegata al movimento di un corpo. La formula dell'energia meccanica è la seguente:
Formula di conservazione dell'energia meccanica
La formula per la conservazione dell'energia meccanica è tale che la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale è uguale per tutti i punti di un sistema meccanico in cui non agiscono forze dissipative.
ECi ed èCfr. -energia cinetica finale e iniziale
ECi ed èPolizia Federale -energia cinetica finale e iniziale
Sebbene la formula di cui sopra sia generale e può essere applicata in ogni caso in cui l'energia meccanica se conservata, è necessario sottolineare che ogni caso può presentare una diversa forma di energia potenziale. Pertanto, risolvere gli esercizi è il modo migliore per comprendere i diversi casi.
Leggi anche:Caduta libera: comprendi meglio questo movimento dove non c'è forza di attrito
Esercizi risolti sulla conservazione dell'energia meccanica
Domanda 1 - Un corpo di massa m = 2,0 kg poggia su una molla con costante elastica pari a 5000 N/m, compressa di 2 cm (0,02 m). Trascurando le forze dissipative e in base alla figura, determinare l'altezza raggiunta dal corpo dopo lo sgancio della molla e segnare l'alternativa corretta.
(Dati: g = 10 m/s²)
a) 4 cm
b) 10 cm
c) 5 cm
d) 20 cm
e) 2 cm
Risposta: lettera C.
Risoluzione:
Per risolvere l'esercizio è necessario applicare la legge di conservazione dell'energia meccanica. In questo senso, vediamo che l'energia meccanica iniziale è un potenziale puramente elastico e l'energia meccanica finale è un potenziale puramente gravitazionale. In questo modo dobbiamo fare il seguente calcolo:
Sulla base del calcolo sviluppato, troviamo che il corpo sale a un'altezza massima di 5 cm, quindi l'alternativa corretta è la lettera C.
Domanda 2 - Un corpo viene rilasciato dal resto di una rampa ad un'altezza di 4 m. Determinare la velocità alla quale sarà il corpo quando si trova a 2 m dal suolo e indicare l'alternativa corretta.
a) 2√10 m/s
b) 20 m/s
c) 4√10 m/s
d) 2√5 m/s
e) 3√2 m/s
Risposta: lettera a.
Risoluzione:
Dobbiamo applicare la legge di conservazione dell'energia meccanica nei punti più alti e nel punto di altezza pari a 2 m. Per farlo correttamente, dobbiamo ricordare che, nel punto più alto, il corpo era a riposo, quindi tutta la sua energia meccanica era espressa sotto forma di energia potenziale gravitazionale. Nel punto in cui l'altezza è pari a 2 m, ce n'è tanto energiapotenzialegravitazionalequantoenergiacinetica. Notare il calcolo nella figura seguente:
Alla fine del calcolo precedente, quando abbiamo calcolato la radice quadrata di 40, abbiamo fattorizzato il numero in modo che il risultato sia 210, quindi l'alternativa corretta è la lettera A.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
