Partendo da fermo dal bordo di una piscina
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | LAVORO DELLE FORZE NON CONSERVATIVE
Partendo da fermo dal bordo di una piscina, un atleta di 72,0 kg nuota lungo la superficie dell’acqua e raggiunge una velocità di 1,20 m/s compiendo un lavoro Lnc1 = +161 J. Determina il lavoro non conservativo Lnc2 compiuto dall’acqua sull’atleta.
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 delle Forze Non Conservative
Abbiamo ampiamente parlato della differenza tra forze conservative e non, analizzando le energie potenziali delle prime e focalizzandoci su di esse. Per concludere il capitolo, passiamo ora a studiare le seconde, il loro comportamento, il loro lavoro e come influiscono sulla conservazione dell’energia totale di un sistema. Daremo dunque tutte le definizioni necessarie per risolvere l’ultima tipologia di esercizi riguardanti “Lavoro & Energia“, così da avere una visione a 360° di questo argomento.
In questo esercizio vi è un atleta che, partendo da fermo dal bordo di una piscina, nuota fino a raggiungere una certa velocità. Ovviamente il ragazzo compie uno sforzo, che produce energia. Per determinare il lavoro compiuto dalle forze non conservative è sufficiente determinare la variazione di energia meccanica (non vale infatti il suo principio di conservazione) . Fatto ciò possiamo operare per differenza e e ottenere quanto richiesto dal quesito (lavoro compiuto dall’acqua sull’atleta).
So che, in presenza di forze non conservative, il principio della conservazione dell’energia meccanica non viene confermato. Il lavoro delle forze non conservative è infatti pari alla variazione dell’energia meccanica. In particolare:
$$L_{nc_{tot}}=E_{M_f}-E_{M_f}=$$
$$=(U_f+\frac{1}{2}mv_f^2)-(U_0+\frac{1}{2}mv_0^2)$$
Ponendo la quota zero al livello della piscina e sapendo che l’atleta parte da fermo, ho che:
$$L_{nc_{tot}}=\frac{1}{2}mv_f^2$$
perciò:
$$L_{nc_1}+L_{nc_2}=\frac{1}{2}mv_f^2$$
da cui ricavo che:
$$L_{nc_2}=\frac{1}{2}mv_f^2-L_{nc_1}=\frac{1}{2}\times72,0kg\times$$
$$\times(1,20\frac{m}{s})^2-161J=-109J$$
