In un parco acquatico un nuotatore utilizza
Categoria: FISICA | LAVORO ED ENERGIA | ENERGIA MECCANICA
In un parco acquatico un nuotatore utilizza uno scivolo per entrare nella piscina principale. Se il nuotatore parte da fermo da un’altezza di 2,31 m e scivola senza attrito, qual è la sua velocità all’estremità dello scivolo?
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 Meccanica
In queste lezione introduciamo uno degli ultimi aspetti di questa unità, l’energia meccanica.
Essa ricopre un ruolo estremamente importante, in quanto ci permette di collegare tra loro diversi aspetti affrontati in precedenza, quali energia cinetica ed energia potenziale. Di seguito andremo a dare una definizione di questa grandezza, ne analizzeremo l’unità di misura e spulceremo una delle leggi cardine della fisica, la “Legge di Conservazione dell’energia meccanica“. Fatta questa breve introduzione, cominciamo la nostra lezione.
In questo esercizio siamo in un parco acquatico, nel quale un nuotatore utilizza uno scivolo per entrare nella piscina principale. Stabiliamo innanzitutto che, dato che non vi sono attriti, vale il principio di conservazione dell’energia meccanica. Imponiamo dunque l’estremità dello scivolo dove arriva il nuotatore come livello di zero. A questo punto non ci resta altro che instaurare la relazione di uguaglianza tra energia potenziale ed energia cinetica, esplicitare la velocità finale, sostituire i valori numerici, fare i calcoli e ottenere così il risultato richiesto.
Dato che non vi sono attriti, so che vale il principio di conservazione dell’energia meccanica. Impongo come livello di zero l’estremità dello scivolo dove arriva il nuotatore. Visto che parte da fermo, ho che:
$$E_{m_0}=E_{m_f}$$
ovvero:
$$U_0=K_f$$
da cui:
$$mgh=\frac{1}{2}mv^2$$
da cui ricavo che la velocità è pari a:
$$v=\sqrt{2gh}=$$
$$=\sqrt{2\times9,8\frac{m}{s^2}\times2,31m}=6,73\frac{m}{s}$$
