Quando un tuffatore si butta in acqua da una
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | ENERGIA POTENZIALE
Quando un tuffatore si butta in acqua da una scogliera alta 46,0 m la sua energia potenziale gravitazionale diminuisce di 25000 J.
Quanto pesa il tuffatore?
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 quando un tuffatore si butta in acqua da una scogliera la sua energia potenziale gravitazionale diminuisce. Imponiamo innanzitutto il livello zero dell’energia potenziale sul livello dell’acqua, così che quando il tuffatore termina il tuffo, possieda un’energia potenziale nulla. A questo punto, possiamo determinare la $U$ che possiede il ragazzo prima di tuffarsi, cos’ da poter poi calcolare il suo peso.
Impongo il livello zero dell’energia potenziale sul livello dell’acqua. Ciò significa che quando il tuffatore termina il tuffo, possiede un’energia potenziale nulla:
$$U_{2}=0$$
Dunque, conoscendo di quanto diminuisce l’energia potenziale, posso determinare quella che il ragazzo possiede prima di tuffarsi:
$$U_1=U_2+25000J=0+25000J=25000J$$
Sapendo che, per definizione, l’energia potenziale gravitazionale può essere espressa come:
$$U_1=mgh_1=F_ph_1$$
ricavo che il tuffatore pesa:
$$F_p=\frac{U_1}{h_1}=\frac{25000J}{46m}=5,4\times10^2N$$
