Esercizio

MATERIA – FISICA

Un surfista di 77 kg prende un’onda con una

Un surfista di 77 kg prende un’onda con una

Testo del Quesito:

Un surfista di 77 kg prende un’onda con una velocità iniziale di 1,3 m/s, scende sull’onda da un’altezza di 1,65 m e termina la discesa con una velocità di 8,2 m/s. Quanto lavoro non conservativo viene compiuto sul surfista?

Introduzione all’Argomento:

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) Lavoro delle Forze Non Conservative

Abbiamo ampiamente parlato della differenza tra forze conservative e non, analizzando le energie potenziali delle prime e focalizzandoci su di esse. Per concludere il capitolo, passiamo ora a studiare le seconde, il loro comportamento, il loro lavoro e come influiscono sulla conservazione dell’energia totale di un sistema. Daremo dunque tutte le definizioni necessarie per risolvere l’ultima tipologia di esercizi riguardanti “Lavoro & Energia“, così da avere una visione a 360° di questo argomento.

Analisi dell’Esercizio:

In questo esercizio vi è un surfista di 77 kg che prende un’onda con una velocità di 1,3 m/s. Sappiamo che il lavoro compiuto dalle forze non conservative è pari alla variazione di energia meccanica del sistema. Imponendo il livello di zero dell’energia potenziale in corrispondenza della fine della discesa, possiamo determinare il valore dell’energia meccanica nei due momenti. Calcoliamo poi il lavoro procedendo per differenza.

Risoluzione dell’Esercizio:

So che il lavoro compiuto dalle forze non conservative è pari alla variazione di energia meccanica del sistema. Pertanto:

$$L_{nc}=\Delta E_{m}=E_{m_f}-E_{m_0}$$

Imponendo il livello di zero dell’energia potenziale in corrispondenza della fine della discesa, ho che:

$$E_{m_f}=K_f=\frac{1}{2}mv_f^2=$$

$$=\frac{1}{2}\times77kg\times\left(8,2\frac{m}{s}\right)^2=2,6\times10^3J$$

mentre:

$$E_{m_0}=K_0+U_0=\frac{1}{2}mv_0^2+mgh=$$

$$=\frac{1}{2}\times77kg\times\left(1,3\frac{m}{s}\right)^2+77kg\times$$

$$\times9,8\frac{m}{s^2}\times1,65m=1,3\times10^3J$$

Posso ora calcolare il lavoro delle forze non conservative

$$L_{nc}=(2,6-1,3)\times10^3J=1,3\times10^3J$$

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