Durante la ristrutturazione di una casa, un sacco di calce
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | ENERGIA POTENZIALE
Durante la ristrutturazione di una casa, un sacco di calce di 30 kg viene sollevato dal primo piano posto a 3,1 m dal suolo al secondo piano posto a 6,1 m dal suolo. Scegliendo il suolo come livello di zero, calcola:
1. L’energia potenziale del sacco al livello del primo piano;
2. L’energia potenziale del sacco al livello del secondo piano;
3. Il lavoro compiuto dalla forza-peso per passare dal primo al secondo piano.
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) Energia Potenziale
Dopo aver parlato approfonditamente delle forze conservative, possiamo ora affrontare un nuovo concetto che ci accompagnerà per il resto della nostra carriera liceale: l’energia potenziale.
Essa ricopre un ruolo estremamente importante, in quanto propedeutica per i successivi argomenti. In particolare, in questa lezione, analizzeremo di due forze, quella di gravità e quella elastica, e vedremo che le rispettive energie hanno formule che ne richiamano fortemente alcune che già conosciamo.
In questo esercizio ci viene detto che durante la ristrutturazione di una casa, un sacco di calce di 30 kg viene sollevato dal primo al secondo piano. Determiniamo innanzitutto l’energia potenziale del sacco al livello del primo piano applicando la definizione. Ripetiamo lo stesso ragionamento per determinare la medesima grandezza quando il sacco si trova al secondo piano. Calcoliamo infine il lavoro compiuto dalla forza-peso durante il sollevamento, ricordando che esso coincide con l’opposto della variazione di energia potenziale.
Determino l’energia potenziale del sacco al livello del primo piano applicando la definizione:
$$U_1=mgh_1=$$
$$=30kg\times9,8\frac{m}{s^2}\times3,1m=9,1\times10^2J$$
Determino ora l’energia potenziale del sacco al secondo piano ripetendo lo stesso identico ragionamento:
$$U_2=mgh_2=$$
$$=30kg\times9,8\frac{m}{s^2}\times6,1m=1,8\times10^3J$$
Calcolo ora il lavoro compiuto dalla forza-peso per passare dal primo al secondo piano, ricordando che esso coincide con l’opposto della variazione di energia potenziale:
$$L=-\Delta U=U_1-U_2=$$
$$=9,1\times10^2J-1,8\times10^3J=-8,9\times10^2J$$
