Un remo da canottaggio può essere considerato
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | LAVORO DI UNA FORZA VARIABILE
Un remo da canottaggio può essere considerato come una molla. Durante una gara, a ogni vogata gli viene applicata una forza di 500 N e il remo si deforma di 3,0 cm. Se l’atleta effettua 200 vogate, quanta energia viene dissipata complessivamente nella deformazione del remo?
1) Lavoro ed Energia
In questa unità didattica affronteremo due argomenti nuovi, l’uno strettamente correlato all’altro. Daremo infatti una definizione fisica al concetto di lavoro e mostreremo come esso si lega all’energia. Capiremo poi come questa relazione sia fondamentale per lo studio di quella branchia della fisica che denominiamo dinamica. Lavoro ed energia ci permettono infatti di comprendere a pieno fenomeni che osserviamo quotidianamente. Basti pensare agli sforzi che compiamo quando andiamo a correre, o alla carica improvvisa che acquisiamo quando beviamo una bevanda zuccherata. Si tratta dunque di un argomento che, per quanto possa sembrare astratto e lontano dalla tangibilità, è in realtà estremamente concreto e vicino a tutti noi.
2) Lavoro di una Forza Variabile
Nella lezione precedente abbiamo definito per filo e per segno tutto quello che riguarda il lavoro compiuto da una forza costante.
Qui, andremo invece a trattare il lavoro compiuto da una forza variabile, ovvero una forza la cui intensità, direzione e/o verso varia, secondo una legge ben precisa, in funzione dello spazio o, comunque, di un’altra grandezza. In particolare, ci focalizzeremo sull’analisi della forza elastica, definendo una formula che ci permette di calcolarne il lavoro senza dover ricorrere ogni volta al metodo grafico.
In questo esercizio dobbiamo tenere in considerazione che un remo da canottaggio può essere assimilato ad una molla. Per questo motivo, ad ogni vogata esso si deforma seguendo la legge di hooke; ciò ci consente di determinare il dato necessario per calcolare l’energia dissipata ad ogni singolo movimento. A questo punto è sufficiente moltiplicare il risultato ottenuto per il numero di vogate totali effettuate dall’atleta al fine di risolvere il quesito. Tutto chiaro?
La legge di Hooke dice che il modulo della forza $F$ applicata su una molla è pari al prodotto tra la costante elastica $k$ della molla e la sua deformazione $x$, ovvero: $F=kx$.
Posso quindi ricavare che:
$$k=\frac{F}{x}$$
So che l’energia dissipata ad ogni vogata è pari al lavoro compiuto dalla forza per deformare il remo, dunque si calcola nella seguente maniera:
$$E=L=\frac{1}{2}kx^2
=\frac{1}{2}\frac{F}{x}x^2=\frac{1}{2}Fx=$$
$$=
\frac{1}{2}\times500N\times0,03m=7,5J$$
Perciò se l’atleta effettua 200 vogate dissipa un’energia pari a:
$$E_{tot}=200E=$$
$$=200\times7,5J=1500J=1,5kJ$$
