Il lavoro è il trasferimento di energia a un corpo o sistema di corpi a causa dell'applicazione di una forza. Il lavoro che si fa su un corpo produce a variazione di energia cinetica.
Attraverso questo grandezza importante di dinamica, è possibile studiare il trasferimento e la trasformazione dell'energia nei più diversi sistemi fisici.
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Cos'è il lavoro?
il lavoro è un quantità fisica che misura il trasferimento o la trasformazione di energia. L'unità di misura di questa grandezza scalare è il joule. Inoltre, il lavoro compiuto da una forza è equivalente alla variazione di energia cinetica, così come il energia potenziale attribuito a un corpo o a un sistema di corpi.
Quando si lavora su un corpo, parte dell'energia immagazzinata in quel corpo si trasforma in altre forme di energia. Quando solleviamo un oggetto da terra ad un'altezza h, ad esempio, stiamo trasformando un'energia che è dai nostri muscoli a questo corpo, che, dopo essere stato elevato, inizia a presentare una certa quantità nel eenergia potenziale gravitazionale.
È interessante notare che il lavoro è calcolato in base alla distanza percorsa dal corpo. Tuttavia, per questo calcolo, viene presa in considerazione solo la distanza percorsa nella direzione della forza che esegue il lavoro, in altre parole, il lavoro è uguale alla proiezione vettoriale forza circa la direzione della distanza percorsa dal corpo.
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Come si calcola il lavoro di una forza?
Per calcolare il lavoro svolto da a forza costante, è necessario moltiplicare il modulo di questa forza per il distanza viaggiato e da coseno dell'angolo che si forma tra la forza (F) e la distanza (d). La formula che usiamo per calcolare il lavoro è la seguente:
Dalla formula visualizzata, puoi vedere che non c'è lavoro eseguito quando l'angolo tra forza e distanza è uguale a 90º, poiché il coseno di questo angolo è uguale a zero. Questo perché quando una forza viene applicata in una direzione perpendicolare a uno spostamento, questo la forza non promuove alcuna variazione nell'energia cinetica del corpo, ma cambia solo la direzione del suo movimento.
Lavoro motorio e duro lavoro
lavoro motorio è il nome dato al lavoro che si fa a favore del movimento di un corpo, fornendogli energia cinetica. D'altra parte, il lavororesistente è quello in cui a forzacontrarioalmovimento, facendo sì che il corpo abbia la sua energia cinetica ridotta e/o trasformata in altri tipi di energia, come l'energia potenziale gravitazionale o Energia termica, nel caso in cui a forza dissipativa.
Nel lavoro motorio, il i vettori forza e spostamento sono paralleli (angolo 0°). Nel lavoro resistente, questi vettori sono opposti (angolo di 180º). Guarda esempi di situazioni in cui vengono eseguiti lavoro motorio e lavoro resistente.
Quando spingiamo un carrello della spesa, eseguiamo un lavoro motorio.
Quando le pastiglie dei freni di una bicicletta premono sul cerchio, il forza di attrito fa un lavoro duro.
Quando scendiamo da una scala, la forza del peso esegue il lavoro motorio.
Quando saliamo su una scala, la forza peso fa un lavoro duro.
Leggi anche: Trazione - forza esercitata su un corpo attraverso funi, cavi o fili
forza lavoro peso
Il lavoro compiuto dalla forza peso corrisponde alla quantità di energia necessaria per sollevare un corpo di massa m ad un'altezza h rispetto al suolo, in una regione in cui il gravità vale g. Vedere la formula utilizzata per calcolare il lavoro del forza peso:
m – massa corporea (kg)
g – gravità (m/s²)
H – altezza (m)
Lavoro di energia elettrica
Il calcolo di lavoro elettrico può essere ricavato dal prodotto tra il modulo di carico e la differenza di potenziale elettrico, in volt, a cui è sottoposto questo carico.
τ – lavoro (J)
che cosa – carica elettrica (C)
tu – differenza di potenziale (V)
Lavoro di forza variabile
Il lavoro di una forza variabile può essere calcolato da un grafico che mette in relazione la forza con lo spostamento subito dal corpo. In questo caso il modulo del lavoro svolto è numericamente uguale a zona sotto la curva. Orologio:
Teorema del lavoro e dell'energia cinetica
Il teorema del lavoro e dell'energia cinetica mette in relazione la quantità di lavoro che viene svolto su un corpo o su un sistema di corpi al variare della sua energia cinetica. In altre parole, ogni prestazione lavorativa è accompagnata da una variazione di energia cinetica.
In breve, diciamo che il lavoro svolto è uguale alla variazione dell'energia cinetica:
Per saperne di più sulla definizione di lavoro è necessario risolvere alcuni esercizi sull'argomento. Dai?
Vedi anche: Come risolvere gli esercizi sulla legge di Newton
Esercizi risolti sul lavoro di una forza
Domanda 1 — (Espcex) Un blocco, tirato per mezzo di una fune inestensibile e di massa trascurabile, scivola per attrito su una superficie orizzontale, descrivendo un movimento rettilineo ed uniforme. La fune forma con l'orizzontale un angolo di 53° e la trazione che trasmette al bozzello è di 80 N. Se il blocco è spostato di 20 m lungo la superficie, il lavoro svolto per trazione sul blocco sarà:
(Dati: sin 53° = 0,8 e cos 53° = 0,6)
a) 480 J
b) 640 J
c) 960 J
d) 1280 J
e) 1600 J
Risoluzione:
Per rispondere a questa domanda è necessario utilizzare la formula del lavoro, ma anche identificare i dati pertinenti nell'enunciato, che sono la forza, la distanza e il coseno dell'angolo. Quindi devi fare il seguente calcolo:
Sulla base del risultato ottenuto, concludiamo che l'alternativa corretta è la lettera C.
Domanda 2 — (CPS) Per trasportare la terra fertilizzata rimossa dal compost, un agricoltore riempie una carriola e la porta al luogo di impianto applicando una forza orizzontale costante con un'intensità pari a 200 N. Se durante questo trasporto, la forza risultante applicata è stata in grado di svolgere un lavoro di 1800 J, la distanza tra il cumulo di compost e il sito di semina era, in metri:
a) 6
b) 9
c) 12
d) 16
e) 18
Risoluzione:
La domanda ci chiede di calcolare la distanza e, per questo, ci viene comunicato il modulo della quantità di lavoro, nonché della forza. In questo modo dobbiamo fare il seguente calcolo:
Secondo il calcolo, l'alternativa corretta è lettera b.
Domanda 3 — (Mackenzie) Alle Olimpiadi di Rio 2016, la nostra medaglia d'oro nel salto con l'asta, Thiago Braz, del peso di 75,0 kg, ha raggiunto un'altezza di 6,03 m, un record mondiale, cadendo di 2,80 m dal punto di appoggio del palo. Considerando il modulo di accelerazione di gravità g = 10 m/s², il lavoro svolto dalla forza peso durante la discesa è stato di circa:
a) 2,10 kJ
b) 2,84 kJ
c) 4,52 kJ
d) 4,97 kJ
e) 5,10 kJ
Risoluzione:
La risposta a questa domanda ci impone di calcolare una quantità di lavoro. Per fare ciò, abbiamo bisogno di conoscere i valori di massa, gravità e altezza. In possesso di questi valori basta fare il calcolo:
Il nostro risultato mostra che l'alternativa corretta è lettera C.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
