Energia meccanica, cinetica e potenziale

Energia meccanica

E’ semplicemente la somma dell’energia cinetica e quella potenziale, non è una nuova energia ma è la soma di due energie. Si misura in Joule. L’energia potenzia può essere a sua volta la somma di diverse energie potenziali ad esempio gravitazionale ed elastica. Per formula controllare il quaderno. L’energia meccanica si conserva anche se il moto di caduta su una traiettoria non rettilinea se uno diminuisce e l’altro aumenta la loro somma non cambia.

Esempio di problema

se nel punto A, il sasso ha energia cinetica nulla e energia potenziale: Durante la caduta, l’energia cinetica del sasso aumenta e la sua energia potenziale diminuisce di una quantità.
L’aumento di energia cinetica è uguale al lavoro della forza peso in questo caso. L’energia cinetica è uguale alla diminuzione di energia potenziale. Nei problemi con l’energia meccanica abbiamo sempre una situazione iniziale e una finale. Negli esercizi ci possono essere combinazioni di energie.

Altro esempio di problema

Situazione iniziale: carrello con velocità V e molla A riposo.
Situazione finale: carrello fermo e molla compressa.
L’energia meccanica del carrello si trasforma tutta in energia potenziale elastica della molla.
L’energia meccanica con si preserva in presenza di attrito, la presenza dell’energia meccanica vale solo in assenza di attrito. Perché quando c’è attrito si genera calore che non viene preso in considerazione nell’energia meccanica. La diminuzione di energia meccanica è pari al lavoro compiuto dalle forze d’attrito.

Energia potenziale

L’energia potenziale gravitazionale è associata alla posizione di un corpo rispetto alla terra. Rispetto alla posizione del suolo. Un copro fermo può avere la capacità di compiere un lavoro, per esempio può avere forza gravitazionale potenziale perché la forza che agisce è quella di gravità. Esempio = un container sollevato dalla gru non ha una velocità che viene applicata (è fermo) quindi non ha energia cinetica ma ha comunque una forza che agisce su di lui, ovvero quella gravitazionale che se la gru dovrebbe farlo cadere all’improvviso cadrebbe sotto la forza di gravità e il suolo verrebbe deformato. La gru sta compiendo un lavoro dettato dalla forza di Gravità. L’energia potenziale gravitazionale di un corpo: lavoro che la forza di gravità può compiere facendolo cadere sul piano di Riferimento. Se l’oggetto ha peso P si trova a quota H la formula è: L = P x H. La formula dell’energia potenziale gravitazione è L = P x H, dove P è in N e l’altezza è in M. P è la forza Peso.

Formule inverse

H = L : P
P = L : H
L = P x H = formula base.

Il valore dell’energia potenziale dipende dal libello scelto come riferimento. Si misura in J come tutti i tipi di energia.
Forze conservative e non.
La forza peso è conservativa, per fare salire a velocità costante un corpo su un piano inclinato senza attrito si applica una forza che compie il lavoro L = P x H.
Il corpo qua acquista energia potenziale, e il corpo cadendo sotto l’azione del peso può restituire il lavoro speso per sollevarlo ovvero Ep = L. Il lavoro compiuto dipende solo dalla differenza di quota H. Questo è senza forza di attrito, la forza conservativa è la forza preso e non abbiamo attrito. L’energia potenziale che acquisisce è uguale al lavoro che compie. La forza peso è conservativa. Se abbiamo oltre alla forza peso abbiamo anche la forza d’attrito, succede che non devo compiere un lavoro che equivale a P x H ma devo vincere anche la forza d’attrito. Per sollevare una cassa devo applicare maggiore forza e maggiore sarà la forza maggiore sarà l’attrito. L’energia P x H che la forza ha quando arriva in cima è minore rispetto al lavoro che ho adoperato. Per vincere la forza d’attrito ho dovuto applicare più lavoro, la forza d’attrito è non conservativa perché il lavoro che io vado a fare è maggiore dell’energia potenziale che la cassa acquisisce sul piano inclinato. Si definiscono delle forze potenziali si associano solo alle forze conservative ( Peso si, Attrito no ) per calcolare l’energia potenziale non serve capire il tragitto che fa il corpo ma servono solo la posizione e iniziale. Ci sarà una parte di lavoro che viene persa.

Energia cinetica - Il lavoro e l’energia

Quando un corpo possiede la capacità di compiere lavoro diciamo che possiede energia. L’energia posseduta da un oggetto in movimento si chiama Energia Cinetica e dipende dalla sua massa e dalla sua velocità. L’energia cinetica di un corpo di una massa M e velocità V è uguale al semiprodotto della massa per il quadrato della velocità.
Formula: Ec = ½ x m x v2
Unità di misura = l’energia cinetica si misura in Joule (J)
L’energia cinetica di un oggetto è proporzionale al quadrato della sua velocità : se la velocità raddoppia, l’energia cinetica quadruplica.

L’effetto di una forza sull’energia cinetica

Per il secondo principio della dinamica, una forza applicata a un oggetto ne cambia la velocità. Possiamo distinguere 3 casi :
1. Se la forza è parallela alla velocità = Una forza parallela al vettore velocità di un oggetto in movimento fa aumentare o diminuire l’energia cinetica dell’oggetto a cui è applicata.
2. La forza è perpendicolare alla velocità = la forza centripeta non modifica l’energia cinetica.
3. La forza forma un angolo alfa con la velocità = La forza F può essere scomposta in due componenti: una parallelo alla velocità e l’altro perpendicolare.

Il teorema dell’energia cinetica

Quando una forza viene applicata a un oggetto che si muove, la forza sposta il suo punto di applicazione, dunque compie un lavoro. Il teorema dell’energia cinetica: la variazione delta Fe di energia cinetica di un oggetto sul quale agisce una forza è uguale al lavoro L compiuto dalla forza.