Dispensa 3

PRESSIONE
Una quantità che permette di considerare non solo l’intensità di una forza ma
anche come viene distribuita su di una superficie è la pressione definita
appunto come l’intensità di una forza (perpendicolarmente alla superficie)
divisa per la superficie stessa:
P
Tale quantità si misura quindi in
F
S
N
, unità di misura detta anche Pascal che
m2
è indicata col simbolo Pa . Una forza può esercitare una pressione enorme se
è applicata su di una piccola superficie.
Esempio 1: La pressione che l’aria esercita su qualsiasi superficie (al livello
del mare) è stata misurata per la prima volta da Evengelista Torricelli nel ‘600
e risulta pari alla pressione di una colonna di mercurio alta 760mm . Da allora
è diventato di uso comune misurare la pressione in “millimetri di mercurio”.
Risulta che 1 millimetro di mercurio è pari a 133,3Pa , per cui avremo
1 atm  760 mmHg  101300 Pa
Esempio 2: Pressione dell’ago di una siringa sulla pelle. Supponiamo ad
esempio che la forza esercitata sulla siringa sia pari al peso di una mano di
massa pari a 0,4kg e che la punta dell’ago abbia un’area di 0,5mm 2 . Avremo
una pressione sulla pelle del paziente pari a
m
F mg
s 2  9,8  106 Pa
P 

S
S
0,5  10  6 m 2
0,5Kg  9,8
Che è pari a circa 100 volte la pressione atmosferica ed equivalente alla
pressione di una colonna d’acqua alta 1km !
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Corso integrato di Basi funzionali del corpo umano. A. Culatti Zilli, FISICA
LAVORO
La quantità che misura l’efficacia di una forza nello spostare oggetti è il
lavoro, definito come il prodotto scalare di forza e spostamento
L  F s
Cioè è dato dal modulo dello spostamento per la componente della forza in
direzione dello spostamento (o viceversa). Si misura in Joule J dove
J  N  m.
Esempi:
a) Se spingo per 10m una valigia con una forza di 10 N ,diretta nella direzione
dello
spostamento,
compio
un
lavoro L  10 N  10m  100 J ,
indipendentemente dalla massa della valigia (questa influenzerà invece la
durata temporale del moto in quanto, fissata la forza, una valigia più pesante
si muoverà più lentamente).
b) Se correndo in auto applico una forza frenante, essa compie un lavoro
negativo perchè detta forza avrà direzione opposta allo spostamento.
c) Se tiro un oggetto con un angolo di 60° rispetto a un piano orizzontale il
lavoro della mia forza sarà pari a metà della forza per lo spostamento.
d) Se camminando trasporto una valigetta tenendola in mano sempre alla
stessa altezza da terra non compio nessun lavoro in quanto la forza che
applico alla valigetta è perpendicolare allo spostamento e quindi il loro
prodotto scalare è nullo.
Nei quattro casi abbiamo: a) forza e spostamento paralleli, lavoro massimo;
b) forza e spostamento antiparallleli, lavoro negativo; c) forza e spostamento
che formano un angolo acuto, lavoro positivo ma non massimo; d) forza e
spostamento perpendicolari, lavoro nullo.
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Corso integrato di Basi funzionali del corpo umano. A. Culatti Zilli, FISICA
ENERGIA
L’energia di un corpo è la capacità che esso ha di compiere un lavoro e si
misura quindi nella sua stessa unita di misura ( J ). Esistono varie forme di
energia che si possono convertire le une nelle altre.
Energia cinetica: è l’energia legata al movimento di un corpo. Si può calcolare
tramite la formula ECIN  1 mv 2 dove m e v sono la massa e la velocità del
2
corpo.
Energia potenziale gravitazionale: è l’energia che un corpo possiede perchè
si trova in una certa posizione nel campo gravitazionale terrestre. Vicino alla
superficie della terra può essere calcolata come EPG  mgh dove m è la
massa del corpo, g è l’accelerazione di gravità e h è l’altezza rispetto ad un
piano di riferimento (ad esempio rispetto al suolo).
Energia potenziale elastica: è l’energia immagazzinata in corpi elastici (come
molle o elastici) quando vengono tesi o compressi.
La somma di energia cinetica, potenziale gravitazionale e potenziale elastica
viene detta energia meccanica.
Energia potenziale elettrica: è l’energia che possono avere corpi carichi posti
vicino ad altre cariche elettriche.
Energia chimica: è l’energia che si può sviluppare formando o scindendo
legami chimici.
Energia nucleare: è l’energia che si può sviluppare formando o scindendo
nuclei atomici.
Energia luminosa: è l’energia trasportata dai quanti di luce (fotoni).
Energia termica: è l’energia che può passare da un corpo ad un altro con
diversa temperatura (non è altro che l’energia cinetica degli atomi che
compongono il corpo e si muovono traslando, ruotando o vibrando).
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Corso integrato di Basi funzionali del corpo umano. A. Culatti Zilli, FISICA
CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
Principio di conservazione dell’energia: la somma di tutte le diverse forme di
energia di un sistema (la sua energia totale), rimane costante se il sistema è
isolato, cioè se non scambia massa ed energia con l’ambiente esterno. Ogni
singola forma di energia può invece convertirsi in un’altra.
POTERE CALORICO DEGLI ALIMENTI
Gli organismi viventi assorbono l’energia di cui hanno bisogno tramite i cibi di
cui si alimentano che sono a loro volta caratterizzati da un diverso contenuto
energetico. Il potere calorico dei vari alimenti può essere misurato in “grandi
calorie” pari a 1000 piccole calorie, a loro volta equivalenti ciascuna a
4,186 J :
1Cal  1kcal  1000  4,186 J  4186 J
Un uomo adulto che non faccia un lavoro particolarmente pesante necessita
normalmente di circa 2000 Cal al giorno pari a 8372000 J  8,4  106 J .
POTENZA
Uno stesso lavoro può essere compiuto più o meno velocemente, ad
esempio di una lampadina ci interessa quant’è la quantità di energia luminosa
che possiamo ottenere ogni secondo mentre è accesa.
S i definisce quindi la potenza, cioè il lavoro per unità di tempo
P
che si misura in Watt W 
L
t
J
.
s
Attenzione: Una unità di uso comune (nelle bollette!) è il kilowattora kWh che è
l’energia consumata da un utilizzatore che assorbe una potenza pari a
1000W in un’ora. Non è quindi un’unità di misura della potenza ma
dell’energia.
1kWh  1kW  1h  1000
J
 3600s  3600000 J  3,6  10 6 J
s
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Corso integrato di Basi funzionali del corpo umano. A. Culatti Zilli, FISICA