IL LAVORO
Lavoro
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•
•
La forza è la causa del cambiamento di moto di un corpo (dinamica).
Se la risultante di puù forze applicate ad un corpo è nulla il corpo è
in equilibrio stabile (statica).
Una forza può causare lo spostamento (cambiamento di posizione)
di un corpo (lavoro).
Cosa è il lavoro.
Una forza, per la fisica, compie un lavoro se provoca uno spostamento.
Il lavoro è il prodotto fra il valore della forza e lo spostamento 1 provocato
dalla forza.
L= Fxs
Unità di misura del lavoro
.
L= kg x
m
x m = Nxm=J2
sec 2
L= kgp x m= 1 kgm3
L'unità di misura del lavoro nel S.I. è il Joule (J).
Un'altra unità di misura è il kgm (chilogrammetro): 1 kgm= 9,81 J.
Energia
Cosa è l'energia?
L'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro.
Unità di misura dell'energia
L'unità di misura dell'energia è il Joule perchè Il lavoro svolto è uguale all'energia utilizzatai.
1 Lo spostamento è il segmento che unisce il punto di partenza e il punto di arrivo nel verso della Forza.
2 J (Joule)= Un joule è il lavoro con cui una forza di 1 N sposta un corpo di un metro nella direzione della
forza stessa.
3 1 kgm = 9,81 N x m= 9,81 J
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IL LAVORO
Forme di energia
Energia potenziale (di posizione): E' l'energia che un corpo con un determinato peso possiede se si trova ad una data altezza rispetto al suolo (preso come piano di riferimento).
Ep=Pxh
L'energia potenziale di un corpo è uguale al lavoro che esso produce quando cade ed è uguale, anche, al lavoro necessario per portare il corpo a
quella posizione.
Energia potenziale elastica è l'energia che possiede un corpo elastico
quando viene deformato.
Una molla compressa possiede una energia potenziale che uguale al lavoro necessario a comprimerla e che si esprime sotto forma di energia elastica nel momento in cui viene rilasciata.
Energia cinetica è l'energia che possiede un corpo in movimento che ha
una data massa e una certa velocità.
1
Ec= 2 x m x v
2
Energia meccanica. L'energia meccanica di un corpo è la somma fra l'energia potenziale e l'energia cinetica possedute dal corpo stesso.
Principio di conservazione della energia meccanica: in assenza di attrito,
l'energia meccanica di un corpo rimane sempre costante
E meccanica= E potenziale + E cinetica = costante
Se il corpo durante la sua caduta è soggetto ad attrito una parte
dell'energia meccanica si trasforma in energia termica.
Potenza
Cosa è la potenza?
La potenza4 è il lavoro compiuto nell'unità di tempo.
P= L/t
4 La potenza è direttamente proporzionale al lavoro e inversamente proporzionale al tempo impiegato
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IL LAVORO
Qual è l'Unità di misura della potenza?
L'Unità di misura della potenza nel S.I. è il watt (W) o il Cavallo Vapore (CV).
1W= 1J/sec
Cosa è un Watt?
1 W è la potenza necessaria a una macchina a sollevare in 1 secondo un
corpo che pesa 1N all'altezza di 1 metro.
1 kW= 1 000 W
1 MW=1 000 000 W
1GW= 1 000 000 000 W
1 CV= 735 W (In inglese 1 CV = 1HP) Cavallo vapore
Chilowattora (kW/h): lavoro compiuto in 1 ora da una macchina avente la
potenza di 1kW. Il kWh è l'unità di misura per misurare i consumi elettrici.
Calore e lavoro
•
Il lavoro può essere trasformato in calore (energia termica).
Esempio: a causa dell'attrito il lavoro di una ruota si trasforma in parte in
calore.
•
Il calore, viceversa, può trasformarsi in lavoro.
Esempio: il calore del vapore acqueo può trasformarsi in lavoro nella
macchina a vapore o nella turbina di una centrale termoelettrica.
La scienza che studia la trasformazione di calore in lavoro e viceversa si
chiama termodinamica.
Unità di misura del calore
caloria (cal) = 4,186 J quantità di calore necessaria per far aumentare di 1°C,
da 14,5 a 15,5°C, la temperatura di 1g di acqua distillata
Kcal = 1000 cal= 4186 J = 4,186 kJ
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IL LAVORO
Cosa si può fare con 1kcal di calore?
•
Riscaldare di 1°C 1 litro di acqua
•
sollevare di 1 m circa 427 kg
N.B.
1 g di zuccheri producono 4 kcal (energia per sollevare di 1 m 1700 kg)
1 g di grassi producono 9 kcal
1 adulto ha bisogno mediamente di 3000 kcal al giorno
Principi della termodinamica
Primo principio: l'energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma
Secondo principio:
•
Il calore passa spontaneamente solo da un corpo più caldo a uno più
freddo e non viceversa.
•
Solo una parte del calore può essere trasformata in lavoro ( la restante
parte di calore viene ceduta all'esterno)
•
E' impossibile realizzare una macchina che trasformi tutto il calore in
lavoro
Le macchine che trasformano calore in lavoro sono dette macchine termiche
(macchina a vapore, turbina a vapore, motore dell'automobile, …)
E' possibile trasferire calore da un corpo meno caldo a un corpo più caldo (in
contraddizione al secondo principio della termodinamica), ma spendendo
energia (frigorifero, condizionatore sono macchine termiche che consumano
energia elettrica per trasferire calore da un corpo meno caldo ad uno più
caldo.
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IL LAVORO
Sole: 4x1017 GW
Cuore 2,25 W
Uomo: 100-200 W (solleva un peso di 10-20 kg in un sec. Ad un'altezza di 1 m)
Cavallo: 700 W
Automobile: 40 000 W
Locomotore: 2 000 000 W
Centrale nucleare: 1 000 000 000 W
Lampada: 100 W/h
Asciugapelli: 1-3 KW/h = 0,3-0,8 W
Esercizi
Quale lavoro bisogna compiere per spostare di 50m una carriola che pesa
10kg?
L=9,81xPxs=9,81x10x50 Nxm=4900J
Una gru solleva all'altezza di 30m un carico di mattoni di 200kg. Qual è il lavo ro svolto dalla gru?
L=9,81xPxs=9,81x200x30=58800J
Esempio
Un automobile che ha una massa di 1000kg si muove alla velocità di m/s.
Quanta energia cinetica possiede l'automobile e quanto lavoro devono fare i
freni per fermare la macchina.
1
1
x m x v2 =
x 1000 x 20 2=200000J
2
2
L= 2000000J (lavoro per fermare l'automobile)
Ec=
Esempio
Un corpo di massa 1 kg posto a 100 m dal suolo possiede:
•
•
•
Ep=Pxh=1x9,81x100J= 981J (energia potenziale del corpo posto a 100
m)
Ec=0 (energia cinetica del corpo posto a 100 m)
Em=Ep + Ec=(100 + 0)J
Il corpo viene lasciato cadere al suolo, quali saranno i valori delle tre
forme di energia a 70m dal suolo?
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IL LAVORO
• Ep=Pxh=1x9,81x70J= 686,7J (energia potenziale del corpo posto a
•
100m)
1
2
Ec= 2 x m x v =
•
Em=Ep + Ec=(686,7+294,3)J=981J
N.B.
1
x 1 x 2x9 ,81 x30 =294,3 J
2
v 2 =2xaxs=2 x
s
s2
x
s=2
x
t2
t2
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