Una cassa di 51 kg viene tirata con una velocità
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | LAVORO DI UNA FORZA COSTANTE
Una cassa di 51 kg viene tirata con una velocità costante su un pavimento ruvido per mezzo di una corda che è inclinata di 43,5 ° rispetto all’orizzontale. Se la tensione nella corda è 115 N, quanto lavoro viene eseguito sulla cassa per spostarla di 8,0 m?
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 Costante
Il primo aspetto che analizziamo parlando di lavoro è quello relativo a una forza costante, ovvero una forza che rimane inalterata nel tempo. Ciò significa che modulo, direzione e verso rimangono gli stessi durante tutto l’intervallo considerato. Si tratta di un concetto assai importante, che ci introduce all’interno di questo capitolo e ci guiderà alla scoperta di alcuni teoremi, i quali ci daranno un’idea di concreta di molti aspetti della nostra quotidianità. Di seguito vediamo cosa si intende fisicamente per lavoro di una forza costante, la formula vettoriale, la formula del modulo, l’unità di misura e altro ancora. In quanto meno intuitiva rispetto ad altre grandezze (velocità, accelerazione, …), parlare di lavoro potrà sembrarci inizialmente complesso, ma state ben certi che il nostro team renderà il tutto di una semplicità disarmante.
In questo esercizio vi è una cassa di 51 kg che viene tirata su un pavimento ruvido. Dal momento che la cassa viene tirata con velocità costante, significa che la forza applicata è anch’essa costante. Dato che viene utilizzata una corsa, la forza che agisce coincide in modulo con la tensione. Fatte queste piccole, ma importanti osservazioni, procediamo al calcolo del lavoro applicandone la definizione.
Attenzione perché i dati relativi alle forze che agiscono perpendicolarmente sono superflui, in quanto esse compiono lavoro nullo.
La cassa viene tirata con velocità costante, il che significa che la forza applicata è anch’essa costante. La forza esercitata sulla cassa coincide in modulo con la tensione della corda, pertanto determino il lavoro applicando la definizione:
$$L
=
\vec F
\cdot
\vec {\Delta x}
=
F\Delta x \cos \alpha
=$$
$$=
115N\times8,0m\times\cos(43,5^\circ)
=
6,7\times10^2J$$
Attenzione: il dato relativo alla massa è superfluo; forza peso ed eventuali altre forze perpendicolari allo spostamento compiono infatti lavoro nullo.
