Cenni di Dinamica • La dinamica studia le cause del moto: 1a legge di Newton o legge dd’inerzia: inerzia: in un sistema inerziale un corpo permane nel suo stato di quiete o moto uniforme. uniforme 2a legge di Newton: Ad una forza applicata ad un corpo di massa m corrisponde i d un’accelerazione ’ l i data d t dalla d ll relazione: l i F = ma (F e a vettori, m scalare) 3a legge di Newton Ad ogni g azione z corrisponde p una reazione z uguale g e contraria. d Forza e lavoro Se applico una forza F lungo la direzione del moto, aumenterà la velocità ((auto in F accelerazione a > 0). v 2f vi2 2ad 2 d m 2 2 v f vi 0 F d F Applico una forza F che si oppone al moto, diminuirà la velocità (auto in decelerazione a < 0). 0) v 2f vi2 2 F ma mv 2f mvi2 2mad F d 0 m 1 2 1 2 mv f mvi F d 2 2 1 2 1 2 mv f mvi F d 2 2 Teorema dell’energia g cinetica Chiamo energia cinetica 1 2 Ec mv 2 [Joule] [J] Sebbene ottenuto per una dimensione si può dimostrare per qualsiasi percorso che il lavoro L f L F d F ds Ecf Eci Ec i dato dal prodotto scalare tra F e lo spostamento fornisce la variazione di energia cinetica Dove F la somma vettoriale di tutte le forze agenti. Quanto maggiore è il dislivello più veloce sarà la navicella. Energia cinetica Ec h Fg mg g 1 2 mv 2 L=Forza . Spostamento=mgh Fg h Fg h L=Forza L Forza . Spostamento Spostamento= - mgh Per cambiare P bi le l condizioni di i i del d l sistema i devo d fare f del d l lavoro l dall’esterno contro la forza di gravità per portare il peso in quota. Lasciando L i d cadere d il corpo il lavoro l fatto f viene i restituito i i sotto forma f di energia cinetica, ora è la forza di gravità a fare lavoro. A Fg l h Forze Conservative Il lavoro non dipende p dal p percorso o Il lavoro lungo un cammino chiuso = 0 B C A Lungo BC non c’è spostamento nella direzione della forza (L=0). B C A LAC = LAB +LBC = mg h Lungo l la forza Fg ha una componente Fgsen C B LAC = mg l sen = mgh Energia potenziale Ci sono forze per le quali il lavoro fatto non dipende dal percorso: F Forze conservative. i Per queste forze basta sapere la configurazione del sistema, posso definire quindi una funzione solo dello spazio, che mi dia il lavoro fatto per costruire questa configurazione. Per poter avere energia cinetica, devo portare ll’oggetto oggetto in A FapplA Fg l h B Parto da B con velocità vB= 0, 0 E applico una forza per portarlo in A e mii fermo f vA =0. 0 L(F ( appl + Fg))=c=0 C L(Fappl)= - L(Fg) Energia g potenziale p Questa funzione è detta energia potenziale, o la configurazione ottenuta si chiama energia potenziale Ep = L(Fappl) = -L(Fg) Utilizziamo il teorema delle Ec in presenza di F conservative. L F d Ec Si riscriva i i il lavoro l fatto f tt da d forze f conservative ti L - E p sii ha: h L Ec E p Ec 0 Ec E p Principio di conservazione dell’energia meccanica L Ec E p Ec 0 Nel caso di forze conservative si ha: L forze conservative E p Energia Meccanica EM Ec E p L’ Energia Meccanica si conserva. L L(forze conservative) L(altre forze) L(altre forze) E p Ec Equivalenza tra energia e calore Attrito: d Fattrito Nel caso reale il vagoncino per poter arrivare giù deve trovare gobbe ad altezze lt minori. i i d Si osserva il riscaldamento delle rotaie. Fattrito L’energia meccanica si trasforma i energia in i termica? i ? La fforza z di attrito si oppone pp L(forza di attrito)= -ffattr d sempre al moto, pertanto il lavoro è sempre negativo Joule equivalenza q tra calore ed energia g Si portano i pesi nella posizione più alta. g iniziale è solo ppotenziale L’energia gravitazionale. L caduta La d t dei d i pesii provoca un innalzamento della temperatura come il calore l . L( f attrito ) EM L( f attrito ) Eth Joule (1818-1889) Misura del lavoro fatto dalla forza di gravità (energia potenziale) in kcal. Il lavoro fatto dalla forza di attrito tra le palette e l’acqua quindi è una fforma di energia. g E p Ek Eth 0 Il calore è una forma di energia Dettaglio per energia e movimento Forza di richiamo della molla F kx E Ec E pe Senza attrito il corpo oscilla tra d e –d. Avremo massima Epe potenziale e minima Ec cinetica in d e –d, mentre nella pposizione z O si invertono. Il lavoro fatto dalla forza esterna genera un aumento dell’energia totale E. Per un sistema P it complesso l tipo, ti solidi, lidi liquidi li idi o gas sii parla l di energia interna, data dallla somma di tutte le energie di ogni singola g molecola. La variazione di energia interna: Eint Cambiamenti di stato L f 79.7 kcal/kg Calore latente di fusione raffr. solidificazione Le 539 kcal/kg Calore latente di evaporazione ff condensazione raffr. T aumenta Solidi: molecole ordinate in strutture spaziali regolari e periodiche periodiche. L’agitazione L agitazione termica è debole e le molecole oscillano in puniti di equilibio. Liquidi: molecole interagenti fra loro ma in un involucro di dimensioni finite. finite L’agitazione termica è violenta al punto di non permettere la formazione di strutture ordinate. Gas: molecole nel caos interazione solo in caso di urto. Sistemi:Sistema navicella Sistema Navicella Na icella Si applica una forza per compiere lavoro dall’esterno e per portare la navicella i ll in i alto. lt Lfa= mgh, h mentre t Lg = -mgh. h In I caduta d t lla fforza di gravità ità compie lavoro sulla navicella L=mgh, come conseguenza aumenta l’energia cinetica. L = Ec Sistema navicella e terra Consideriamo come sistema la navicella e la Terra. Ovvero la forza di attrazione gravitazionale. Ci sono forza particolari (conservative) per le quali p dal p percorso. il lavoro non dipende 0 = EM Dove EM=Ep+Ec L(forza attrito) ETOT Sistemi: terra e navicella e rotaie Considerando come sistema la navicella, navicella la forza di Attrazione gravitazionale e le rotaie (con l’attrito che ind ce il loro riscaldamento). induce riscaldamento) 0 = EM + E th L(altre forze) ETOT Possiamo estendere queste considerazioni ad un sistema costituito da un numero infinito di molecole o atomi chiamando energia interna la somma delle energie di ogni singola molecola o atomo. Se il sistema è chiuso, non cc`èè scambio di materia, vale ancora il principio di conservazione dell’energia g interna. Il sistema può scambiare energia sotto forma di lavoro o calore. calore No massa Sistema chiuso Sì energia A l h B Fg Appendice Forze Conservative Il lavoro non dipende p dal percorso p o Il lavoro lungo un cammino chiuso C LAC = LAB +LBC = mg h A Lungo BC non c’è spostamento ) nella direzione della forza ((L=0). C B A Lungo l la forza Fg ha una componente Fgsen B C LAC = mg l sen = mgh Appendice richiami c a eo e a di d Pitagora tago a Teorema a2 b2 c2 b sen a b ; cos c c a2 b2 a b 2 2 1 sen cos 2 c c c 2 2