Lavoro: definizione, classificazione ed esempi

In questo appunto di fisica viene definito il lavoro. Verrà poi fatta la classificazione del lavoro in lavoro motore, resistente e nullo. Infine verranno svolti degli esempi. Verrà mostrata anche la relazione che si ha tra il lavoro e l’energia e tra il lavoro e la potenza.

Che cos’è il lavoro? Definizione

Si consideri una forza costante

esercitata su un corpo soggetto ad uno spostamento rettilineo

, la formula del lavoro sarà la seguente:

Quindi, il lavoro è pari al prodotto fra la forza e lo spostamento.
La forza e lo spostamento sono delle grandezze vettoriali, mentre il lavoro è definito dal prodotto scalare, quindi vuol dire che non è un vettore ma uno scalare.
La formula del lavoro può essere scritta anche in un altro modo:

Dove con

si indica il coseno dell’angolo convesso compreso tra i vettori della forza e dello spostamento.

Classificazione del lavoro

Una volta definito il lavoro, possiamo studiare anche il suo segno.
In base al segno che il lavoro assume, si può distinguere in:

• Lavoro motore: se il lavoro compiuto dalla forza è positivo, in altre parole se la forza agisce nella stessa direzione dello spostamento;
• Lavoro resistente: se il lavoro compiuto dalla forza è negativo, in altre parole se la forza e lo spostamento agiscono in direzioni opposte;
• Lavoro nullo: se il lavoro compiuto dalla forza è nullo, in altre parole, se la forza agisce in direzione perpendicolare allo spostamento.

L’unità di misura del lavoro è il Joule

:

Per ulteriori approfondimenti sul lavoro vedi anche qua

Esempi sul lavoro

Facciamo alcuni esempi particolari per capire meglio il concetto di lavoro.

• Esempio 1: Lavoro di una forza parallela allo spostamento
  Se si trascina orizzontalmente un oggetto sul pavimento, esso si muoverà in maniera orizzontale.
  Ciò vuol dire che la forza e lo spostamento sono paralleli fra loro.
  In particolare, se i due vettori hanno lo stesso verso allora parleremo di lavoro motore, se avranno segno opposto si parlerà di lavoro resistente.
  In formule:
  
  [math] L = F \cdot s [/math]
  se la forza e lo spostamento sono concordi
  
  [math] L = - F \cdot s[/math]
  se la forza e lo spostamento sono discordi
  
• Esempio 2: Lavoro di una forza perpendicolare allo spostamento
  Un esempio tipico è il tenere in mano una borsa mentre si sta camminando.
  Quando il lavoro e lo spostamento sono perpendicolari fra di loro il lavoro è nullo:
  
  [math] L = 0 [/math]
• Esempio 3: Lavoro con forza o spostamento nullo
  Se ovviamente una delle due componenti del lavoro è nulla, il lavoro a sua volta sarà nullo:
  
  [math] L = 0 [/math]

Lavoro di più forze

Nel caso di un corpo soggetto a più forze, in particolare

forze

.
Il lavoro complessivo sarà dato dalla somma dei singoli lavori che bisogna calcolare a seconda delle forze che si hanno:

Lavoro della forza peso

Analizziamo un caso particolare di forza costante, cioè la forza peso.
Essa è sempre diretta lungo la verticale verso il basso e di modulo pari al prodotto della massa del corpo per l’accelerazione di gravità.
Il lavoro compiuto dalla forza peso sarà:

Il lavoro sarà positivo se il corpo scende verso il basso, mentre sarà negativo se il corpo sale verso l’alto.

Lavoro della forza elastica

La forza elastica è una forza non costante, quindi vuol dire che è di modulo variabile.
Essa segue la Legge di Hooke , è pari al prodotto tra la costante elastica della molla e l’allungamento della molla stessa:

Vuol dire che all’aumentare dello spostamento aumenta la forza elastica.

Lavoro ed energia

L’energia, per definizione, è la capacità di un corpo di compiere lavoro , indipendente se poi il lavoro viene portato al termine oppure no.
Da come possiamo capire anche dalla definizione l’energia è una quantità fisica piuttosto complessa.
L’energia si può presentare sotto diverse forme, ma in ogni caso l’energia rispetta il principio di conservazione dell’energia , quindi in altre parole, l’energia si conserva.
L’unità di misura dell’energia è il Joule

.
Il principio di conservazione dell’energia enuncia che l’energia può trasformarsi attraverso il lavoro svolto dalle forze ma non può assolutamente annullarsi, anzi, essa si conserva.

Le tipologie principali di energia che si possono avere sono:

• Energia cinetica
• Energia potenziale
• Energia meccanica

Per ulteriori approfondimenti sull’energia vedi anche qua

Lavoro e potenza

La potenza è una grandezza legata al concetto di lavoro che fornisce una misura di quanto lavoro viene compiuto in un’unità di tempo.
In formule:

La sua unità di misura è il Watt

.

Per ulteriori approfondimenti sulla potenza vedi anche qua