Dinamica: Lavoro ed Energia

Energia è una parola di larghissima diffusione nei campi più disparati delle nostre vite. Ma come è possibile definire questo concetto in modo efficace e rigoroso? In Fisica la parola “Energia” assume una connotazione ben precisa ed interconnessa ad un altro elemento essenziale della Meccanica Classica, ovvero il Lavoro. Andiamo dunque a studiare la definizione di quest’ultimo.

Il Lavoro

Il Lavoro è una grandezza necessaria a quantificare l’effetto di una forza in relazione allo spostamento che essa fa compiere ad un corpo.

Il Lavoro compiuto da una forza rispetto allo spostamento da essa generato è definito nel modo seguente:

lavoro

Ovvero il prodotto vettoriale tra il vettore forza e il vettore spostamento infinitesimo. Qualora lo spostamento fosse rettilineo e la componente del vettore forza lungo lo spostamento avesse valore costante, l’integrale si semplifica in L = F*ΔS.

L’unità di misura della grandezza è il Joule, ovvero Newton*Metro.

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Un esempio di Lavoro compiuto da una forza costante lungo uno spostamento rettilineo.

L’Energia Cinetica ed il Teorema delle Forze Vive

L’Energia è definita concettualmente come la capacità di svolgere Lavoro. Ogni proprietà di un corpo che gli permette di esercitare una forza che produca spostamento è dunque a pieno titolo indicabile come forma di Energia. Una forma di Energia di particolare rilievo in Meccanica è l’Energia Cinetica, ovvero la capacità di un corpo di compiere lavoro per mezzo della sua massa e della sua velocità. È definita dalla seguente funzione: T = 1/2mv2.

L’importanza di questa grandezza sta nel fatto che è possibile dimostrare attraverso il Teorema delle Forze Vive che il Lavoro complessivo lungo uno spostamento è uguale alla differenza dell’Energia Cinetica agli estremi dello spostamento. In simboli: ΔLΔT = 1/2mv2f1/2mv2i ;  con “f” ed “i” indicanti rispettivamente il punto finale ed iniziale dello spostamento.

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Schema rappresentativo dello spostamento di un corpo in relazione alla sua velocità iniziale e finale.
Nella prossima pagina vedremo come si comporta l’Energia in presenza di una particolare tipologia di forze, dette Conservative.

Lezione precedente: “Forze e Piano Inclinato

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