ENERGIA capacità potenziale di compiere lavoro meccanico unità di misura ≡ unità di misura del LAVORO FORME di ENERGIA : - cinetica - potenziale gravità (evidenziate direttamente o nelle trasformazioni da una forma all'altra)- potenziale elastica - potenziale elettrica - termica (1kcal=4186J) - chimica - nucleare - ............... - ............... PRINCIPIO di CONSERVAZIONE dell'ENERGIA Ad esempio in una centrale idroelettrica l’acqua contenuta in un bacino sopraelevato viene incanalata nella centrale , dove mette in rotazione le turbine. Un alternatore trasforma l’energia di rotazione delle turbine in energia elettrica L’energia non si crea ne` si distrugge ma si trasforma 2 FORZE CONSERVATIVE z (1) LA → B x y = (2) LA → B = (3) LA (1) A (3) LA→ B + LB→ A = 0 (2) →B = ... oppure Llinea chiusa = 0 Il lavoro per passare da A a B dipende solo dal punto di partenza e dal punto di arrivo e non dal cammino seguito B LA→ A B B = f (A,B) xA, yA, zA xB, yB, zB FORZE CONSERVATIVE ESEMPI : F = costante F ∝ 1/r2 F=–Kr LA→ A B B forza peso p = mg forza di gravità forza elettrostatica forza elastica = f (A,B) xA, yA, zA xB, yB, zB conseguenze formali ENERGIA POTENZIALE ENERGIA POTENZIALE LA A B B → = f (A,B) xA , yA , zA xB, yB, zB LA → B = f (A) – f (B) ≡ U(A) – U(B) ≡ ≡ U(xA,yA,zA) – U(xB,yB,zB) ENERGIA POTENZIALE: funzione delle coordinate U(x,y,z) ENERGIA POTENZIALE di GRAVITA' in generale : ENERGIA POTENZIALE della FORZA PESO U=mgh dipende solo dall'altezza h rispetto al suolo (coordinata z), non dalle coordinate orizzontali x,y CONSERVAZIONE dell'ENERGIA MECCANICA FORZE CONSERVATIVE L = ΔT = T2 – T1 L = U1 – U2 } T1 + U1 = T2 + U2 Emeccanica = U + T = costante Nel caso della forza peso : U=mgh Esempi: 1) una donna spinge una macchinina inizialmente ferma, verso un bambino esercitando una forza orizzontale costante F=5N per una distanza d=1m.Calcolare •Il lavoro che viene compiuto sulla macchinina L=Fd=5 * 1=5J •L’energia cinetica finale della macchinina Se non ci sono altre forze il lavoro totale L=Fd=5 * 1=5J=Tf-Ti Ti=0 e quindi Tf=5J •Se la macchinina ha una massa m=0.1kg qual’è la sua velocità finale T=1/2 * mv2 v= √ ( 2Tf/m) Arrivata al bambino questo la ferma applicando una forza F’ costante per un tratto d’=0.25m (supponiamo trascurabile l’attrito). •Si calcoli F’ Se non ci sono altre forze il lavoro totale L=F’d’=F’d’cos180o L=Tf-Ti Tf=0 e Ti=5J quindi F’=- L/d’=- (-5J)/0.25=20N modulo della forza F’ 8 2) un bambino spinge una macchinina su per una salita, supponendo le forze d’attrito trascurabili calcolare il lavoro Ti=1/2mvi2 Lavoro fatto dalla forza F LF=Fx N α Lavoro fatto dalla forza P LP=-mgxsinα=-mg(h-ho) Ltot=LF+LP=Tf-Ti x F P h-ho=xsinα Dipende solo dalla differenza delle altezze del punto finale e del punto iniziale e non dall’angolo α LP=-(Uf-Ui) Definiamo mgh=U l’energia potenziale della macchinina LF=(Tf-Ti)+(Uf-Ui) • Alla base del piano Ui=mgho se prendiamo ho=O ⇒Ui=0 •Nel punto x della salita U=mgh 9 •Giro della morte: una pista circolare di raggio r=2.4m qual’è la minima velocità con cui il motociclista deve imboccare la pista per poter percorrerla completamente (si supponga attriti trascurabili e che il motociclista proceda in folle una volta imboccata la pista) mv 2 Fc = r Fc = P + N Nelle condizioni di perdita di contatto N=0 e v2= gr è la velocità che il m. deve avere nel punto più alto. Se il motociclista vuole arrivare nel punto più alto della pista con v2= gr con quale velocità deve imboccare la pista? Ti + U i = Tf + U f 1 1 2 2 mv f " mv min = "mg2r 2 2 v min 2 = 4gr + gr 10 Una cassa da 2000N viene spinta su per una rampa inclinata di 370 Il coefficiente di attrito dinamico µd=0.2. Calcolare: •La forza minima necessaria per trascinare la cassa su per la rampa, [1.5*103N] •L’accelerazione che la cassa avrebbe se venisse lasciata andare giù per la rampa [4.3 m/s 2] Fapp Tre biglie:tre biglie di ugual massa vengono lanciate dall’altezza di un tavolo h con velocità uguale in modulo, ma diversamente orientata 1 h 2 3 Con quale velocità le tre biglie arrivano a terra: V1=V2=V3 11 •La luna si muove su un’orbita approssimativamente circolare di raggio r=380000km intorno alla terra, completando una rivoluzione ogni 27.3 giorni. Qual’è la velocità orbitale ? Qual’è l’accelerazione centripeta della luna? Qual’e` la forza responsabile di tale accelerazione? Qual’è la frequenza di rotazione? 12