Lavoro ed energia, forza costante e lavoro della forza peso schemi concettuali

Energia e lavoro

Definizioni

Energia e lavoro sono concetti fondamentali legati alle forze e agli spostamenti. L'energia è una grandezza scalare che si trasforma e si conserva. L'unità di misura dell'energia nel Sistema Internazionale (SI) è il joule [J].

L'energia può manifestarsi in diverse forme come potenziale, cinetica, eolica, solare, elettrica e nucleare.

Lavoro di una forza costante

Il lavoro è una forma di energia e si definisce come il prodotto scalare di una forza F applicata a un oggetto per il suo spostamento S: SL = F̅ ⋅ S̅. L'unità di misura del lavoro è il joule, che equivale a 1 N⋅m.

Lavoro di una forza con lo spostamento

Se la forza F̅ e lo spostamento S̅ formano un angolo α, il lavoro di una forza è calcolato come L = F̅ ⋅ S̅ cos α.

• Lavoro nullo: α = 90° (F⊥S)
• Lavoro positivo (detto anche motore): α < 90°
• Lavoro negativo (detto anche resistente): α > 180° (F//S)

Esempio: Lavoro della forza peso

Il lavoro della forza peso è calcolato come:

L_p = L_qx + L_qy = L_px ⋅ P⋅S = P⋅S = P⋅gd² = F̅⋅S̅cos α

Lavoro di una forza

La grandezza fisica del lavoro è legata all'azione di una forza lungo uno spostamento. Una forza compie lavoro su un corpo solo quando:

• Il corpo si sposta sotto l'azione della forza.
• La forza ha una componente non nulla lungo la direzione dello spostamento.

La forza che tiene fermo il peso non compie lavoro perché non lo sposta.

• La forza F⃗ non compie lavoro perché ha componente nulla lungo lo spostamento.
• La forza F⃗ compie lavoro perché ha un componente F_∥ lungo lo spostamento.

Lavoro della forza peso

• LF > 0, LP < 0: Il corpo sale, L_TOT > 0
• LF < 0, LP > 0: Il corpo scende, L_TOT > 0
• L_Fa = 0, LF > 0, LP = LN = 0, L_TOT = 0