Concetti Chiave
- L'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro, indipendentemente dal fatto che il lavoro venga effettivamente completato o meno.
- Il principio di conservazione dell'energia afferma che l'energia può trasformarsi attraverso il lavoro svolto dalle forze, ma non può essere distrutta o creata.
- L'energia potenziale è legata alla posizione di un oggetto rispetto a una forza conservativa, e il lavoro della forza si trasforma in energia potenziale.
- L'energia potenziale elastica è associata alla deformazione di una molla e si calcola con la formula U = 1/2 k x^2, dove k è la costante elastica e x lo spostamento.
- L'energia potenziale gravitazionale dipende dalla forza di gravità e dall'altezza, calcolata come U_g = m g h, dove m è la massa, g è l'accelerazione gravitazionale e h è l'altezza.
In questo appunto di fisica si parla dell’energia, partendo dalla definizione principale, soffermandoci sull’energia potenziale, fino ad arrivare alla classificazione di quest’ultima. In particolare, in questo appunto, ci soffermeremo sull’energia potenziale elastica, definendola sia in maniera teorica sia a livello di formule. Verrà anche definita brevemente l’energia potenziale gravitazionale.
Indice
Che cos’è l’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.
Principio di conservazione dell’energia
Il principio di conservazione dell’energia enuncia che l’energia può trasformarsi attraverso il lavoro svolto dalle forze ma non può assolutamente annullarsi, anzi, da come possiamo capire dal titolo del paragrafo, essa si conserva.
Per ulteriori approfondimenti sul principio di conservazione dell’energia vedi anche qua
Classificazione dell’energia
Le tipologie principali di energia che si possono avere sono:
- Energia cinetica
- Energia potenziale
- Energia meccanica
In questo appunto ci concentreremo sull’energia potenziale.
Per ulteriori approfondimenti sulle altre forme di energia vedi anche qua
Energia potenziale
L'energia potenziale rappresenta la tipologia di energia legata alla posizione di un oggetto rispetto a una forza conservativa. Una forza si dice conservativa se considerando lo spostamento della stessa non dipende dal percorso ma semplicemente dallo stato inziale e finale, e quindi da dove parte e da dove finisce.
Una considerazione ovvia è che se il percorso è chiuso, e quindi il punto inziale è uguale al punto finale, avremo che il lavoro, cioè il prodotto tra la forza e lo spostamento, sarà nullo.
Quindi, si definisce energia potenziale, quell'energia in cui il lavoro di una forza conservativa si trasforma. La formula che lega l’energia potenziale e il lavoro è la seguente.
L'unità di misura dell'energia potenziale è il Joule
.
Esistono diversi tipi di energia potenziale, ognuno collegato ad una forza di natura differente:
- Energia potenziale gravitazionale, essa è indotta dalla presenza della forza di gravità;
- Energia potenziale elastica, essa è legata al lavoro di una molla a seguito di una deformazione della stessa.
Per ulteriori approfondimenti sull’energia potenziale vedi anche qua
Energia potenziale elastica
L’energia potenziale elastica è legata alla forza elastica.
Facciamo un esempio: consideriamo una molla che la contraiamo all’estremo, questa molla tenderà a ritornare alla sua posizione di equilibrio.
L’energia potenziale elastica sarà direttamente proporzionale all’allungamento, avrà la stessa direzione dello spostamento ma verso contrario o opposto, si può esprimere mediante una formula:
Dove:
-
[math] k [/math]è la costante elastica della molla;
- [math] x [/math]è lo spostamento della molla;
La molla deformata lasciata libera di muoversi compie un lavoro, e quel lavoro è compiuto come se comprimendola e lasciandola gli si assegna una certa energia potenziale, di conseguenza ritorna indietro e compie un lavoro.
Dove:
-
[math] F [/math]è la forza;
-
[math] x [/math]è lo spostamento
L’energia fornita alla molla si trova nella molla e per calcolare l’energia potenziale elastica si considera la forza non costante:
Dove:
-
[math] k [N/m] [/math]è la costante elastica della molla;
-
[math] x [m][/math]è lo spostamento della molla
L’energia potenziale elastica si misura in Joule
.
Una molla indeformata non possiede energia potenziale così come un corpo fermo non possiede energia cinetica perché quest’ultimo è uguale alla velocità del corpo.
La definizione rigorosa di energia potenziale elastica è la seguente: l’energia potenziale elastica di una molla deformata è uguale al lavoro compiuto dalla forza elastica quando la molla ritorna nella posizione di equilibrio (o a riposo).
Cenni sull’energia potenziale gravitazionale
L’energia potenziale gravitazionale è strettamente legata alla forza di gravità, e di conseguenza dipenderà anche dall’altezza del corpo che studiamo.Consideriamo un dato corpo di massa
, si definisce energia potenziale gravitazionale del corpo e si indica con U_g, il prodotto tra la massa, l'accelerazione di gravità e l'altezza, in formule:
Dove:
-
[math] m [kg][/math]è la massa del corpo;
-
[math] g [\frac {m}{s^2}][/math]è l’accelerazione gravitazionale
-
[math] h [m][/math]è l’altezza a cui è situato il nostro corpo.
Maggiore è l’altezza e la massa di un corpo e maggiore sarà l’energia potenziale.
Domande da interrogazione
- Che cos'è l'energia secondo la definizione fornita nel testo?
- Qual è il principio di conservazione dell'energia?
- Come si classifica l'energia potenziale e quali sono i suoi tipi principali?
- Come si definisce l'energia potenziale elastica e quale formula la rappresenta?
- In che modo l'energia potenziale gravitazionale dipende dalla posizione di un corpo?
L'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro, indipendentemente dal fatto che il lavoro venga effettivamente completato o meno.
Il principio di conservazione dell'energia afferma che l'energia può trasformarsi attraverso il lavoro svolto dalle forze, ma non può annullarsi; essa si conserva.
L'energia potenziale si classifica in base alla forza conservativa associata e i suoi tipi principali sono l'energia potenziale gravitazionale e l'energia potenziale elastica.
L'energia potenziale elastica è legata alla forza elastica di una molla deformata e si calcola con la formula [math] U = \frac {1}{2} k \cdot x^2 [/math], dove [math] k [/math] è la costante elastica e [math] x [/math] è lo spostamento.
L'energia potenziale gravitazionale dipende dalla massa del corpo, dall'accelerazione di gravità e dall'altezza a cui si trova il corpo, espressa dalla formula [math] U_g= m \cdot g \cdot h[/math].
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo
