Non esiste una definizione di cosa sia l'energia, ma sappiamo che la sua esistenza rende possibile il lavoro. L'energia immagazzinata nel cibo, ad esempio, fa funzionare correttamente gli organi del corpo di una persona. I combustibili fanno muovere i veicoli a motore. Allo stesso modo, l'energia elettrica prodotta dalla batteria fa muovere gli elettroni nei fili conduttori di energia.
Quando si parla di energia, è estremamente importante sottolineare il principio di conservazione dell'energia. Questo principio, secondo Lavoisier, dice: “Nella natura nulla si perde, nulla si crea, tutto si trasforma”.
Per esemplificare le conversioni di energia in generale, si consideri una molla rilassata (figura 1), cioè una molla non tesa. Guarda:
Per comprimere la molla è necessaria energia. Quindi, una forza viene applicata a uno dei suoi fini, in modo che si contragga. Diciamo che applicando forza sulla molla, il lavoro è fatto. Questo lavoro corrisponde all'energia trasferita dalla persona alla sorgente. La figura 2 rappresenta la molla già compressa e con un blocco sul carrello, impedendone lo sgancio.
La molla compressa immagazzina energia. Questa energia, però, può manifestarsi solo rimuovendo il lucchetto dal carrello. L'energia immagazzinata in primavera è chiamata Energia Potenziale Elastica. Potenziale perché può manifestarsi ed elastico perché è in un corpo elastico deformato.
Ora, guardando la Figura 3, notiamo che il carrello si è liberato. Quando il lucchetto è stato rimosso, l'energia potenziale immagazzinata nella molla si è manifestata, facendo acquisire al carrello il movimento. Ancora una volta abbiamo il lavoro fatto. Ora questo lavoro corrisponde all'energia trasferita dalla molla al carrello. L'energia che il carrello ha acquisito si chiama energia cinetica.
Energia cinetica: è l'energia che è collegata al movimento dei corpi.
Energia potenziale (gravitazionale, elastica, elettrica, ecc.): è l'energia che un corpo ha in relazione alla particolare posizione che occupa.
In assenza di attrito si conserva l'energia meccanica totale di un sistema, con la sola trasformazione dell'energia potenziale in energia cinetica e viceversa. Guarda:
Emec= ANDç + ANDP
È di grande importanza chiarire che il lavoro e le forme di energia sono quantità scalari.
lavoro di una forza
Il lavoro è la misura dell'energia che viene trasferita a un corpo, a causa dell'applicazione di una forza lungo uno spostamento. In Fisica il lavoro è solitamente rappresentato da W (che deriva dall'inglese work) o più comunemente dalla lettera greca tau
.Per calcolare il lavoro di una forza è importante sottolineare che può essere:
Lavoro di una forza costante parallela allo spostamento: viene calcolato quando la forza viene applicata nella stessa direzione dello spostamento. Può essere calcolato come segue:
Poiché l'angolo tra la forza e lo spostamento è zero, rende il coseno di questo angolo uguale a 1, rendendo l'espressione equivalente a:
Dove D è lo spostamento subito dal corpo.
Lavoro di una forza costante e non parallela allo spostamento:
Quando abbiamo l'applicazione della forza costante e non parallela, come nello schema sopra, calcoliamo il lavoro come segue:
Dove? è l'angolo formato tra la forza e lo spostamento subito dal corpo.
Nel SI (Sistema Internazionale di Unità) il lavoro è dato in joule, che è rappresentato dalla lettera (J) e la forza è data in newton (no). Questa unità prende il nome dal fisico britannico James Prescott Joule. Nel sistema CGS, l'unità di lavoro è erg = dyne x centimetro.
di Marco Aurélio da Silva
Squadra scolastica brasiliana