Un oggetto di massa m è portato dal suolo
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | ENERGIA POTENZIALE
Un oggetto di massa m è portato dal suolo a un’altezza di 3,0 m. La variazione di energia potenziale della forza-peso è pari a 147 J. Calcola la massa dell’oggetto.
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 vi è un oggetto di massa m che è portato dal suolo a un’altezza di circa 3,0 metri. Imponiamo innanzitutto il livello di zero dell’energia potenziale al livello del suolo, così che inizialmente questa grandezza sia pari a zero. A questo punto non ci resta altro che applicare la definizione di energia potenziale gravitazionale e lavorare sulla formula. Dobbiamo infatti esplicitare la massa, sostituire i valori numerici e ottenere così il risultato. Non si tratta di un esercizio alquanto complesso, ma è comunque bene prestare molta attenzione al procedimento che si applica per risolverlo.
Impongo il livello zero dell’energia potenziale al livello del suolo.
In questa maniera ho che l’energia potenziale gravitazionale iniziale è pari a zero.
Dunque:
$$\Delta U=U_f-U_0=U_f=mgh$$
Da cui ricavo che la massa dell’oggetto è pari a:
$$m=\frac{\Delta U}{gh}=\frac{147J}{9,8\frac{m}{s^2}\times3,0m}=5,0kg$$
