Una mela di 400 g cade da un ramo alto 250 cm
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | ENERGIA POTENZIALE
Una mela di 400 g cade da un ramo alto 250 cm.
1. Quanto lavoro compie la forza-peso sulla mela?
2. Qual è il valore della variazione di energia potenziale?
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 una mela di 400 g che cade da un ramo alto 250 cm. Determiniamo il lavoro compiuto dalla forza peso sulla mela applicandone la classica definizione. A questo punto, possiamo determinare anche il valore della variazione di energia potenziale. Sappiamo infatti che essa corrisponde all’opposto del lavoro, pertanto non dovremo fare altro che riscrivere il medesimo valore e cambiarne il segno.
Applico la definizione di lavoro e calcolo quello compiuto dalla forza-peso sulla mela:
$$L=F_p\Delta s\cos0^\circ=mg\Delta s=\times$$
$$\times9,8\frac{m}{s^2}\times2,50m\times\cos0^\circ=9,8J$$
Determino ora la variazione di energia potenziale ricordando che essa corrisponde all’opposto del lavoro:
$$L=-\Delta U$$
da cui:
$$\Delta U=-L=-9,8J$$
