Trasformazioni dell'energia - Seconda parte (energia meccanica)
Malgrado la neve che cadeva fuori dalla finestra, oggi 1 marzo abbiamo ragionato sulla forma forse più intuitiva di energia, l'energia meccanica: quella forma di energia legata al movimento.
Come è spiegato in questo video, l'energia meccanica è la somma di due diversi tipi di energia: l'energia cinetica, cioè quella posseduta da un corpo mentre si muove, e l'energia potenziale gravitazionale, posseduta da un corpo che potrebbe muoversi per effetto della forza di gravità ma che non ha ancora cominciato a farlo.
L'energia cinetica di un corpo in movimento dipende da due fattori:
- la massa m dell'oggetto che si muove (un camion in movimento avrà un'energia maggiore di un motorino);
- la velocità v dell'oggetto che si muove (un'auto che viaggia a 100 km/h avrà più energia di un'auto che viaggia a 30 km/h).
In formule: $E_C=\frac{1}{2}mv^2$.
Un corpo possiede dell'energia potenziale gravitazionale se si trova sollevato rispetto al terreno di un'altezza h (h > 0). Se il corpo si trova sollevato rispetto al terreno è perché c'è qualcosa (una forza) che lo mantiene in quella posizione; l'energia potenziale gravitazionale è quell'energia che il corpo acquisterebbe se la forza che lo tiene sollevato smettesse di agire.
Anche l'energia potenziale gravitazionale dipende da due fattori:
- la massa m dell'oggetto (un aereo in volo ha un'energia potenziale maggiore di una penna tenuta in mano o appoggiata su un tavolo);
- l'altezza h a cui l'oggetto si trova (una penna che cade da un tavolo non ha gli stessi effetti devastanti di una penna che cade dal portellone di un aereo in volo; una penna che cade da un aereo in volo potrebbe, potenzialmente, fare danni anche gravi).
Come è spiegato in questo video, l'energia meccanica è la somma di due diversi tipi di energia: l'energia cinetica, cioè quella posseduta da un corpo mentre si muove, e l'energia potenziale gravitazionale, posseduta da un corpo che potrebbe muoversi per effetto della forza di gravità ma che non ha ancora cominciato a farlo.
L'energia cinetica di un corpo in movimento dipende da due fattori:
- la massa m dell'oggetto che si muove (un camion in movimento avrà un'energia maggiore di un motorino);
- la velocità v dell'oggetto che si muove (un'auto che viaggia a 100 km/h avrà più energia di un'auto che viaggia a 30 km/h).
In formule: $E_C=\frac{1}{2}mv^2$.
Un corpo possiede dell'energia potenziale gravitazionale se si trova sollevato rispetto al terreno di un'altezza h (h > 0). Se il corpo si trova sollevato rispetto al terreno è perché c'è qualcosa (una forza) che lo mantiene in quella posizione; l'energia potenziale gravitazionale è quell'energia che il corpo acquisterebbe se la forza che lo tiene sollevato smettesse di agire.
Anche l'energia potenziale gravitazionale dipende da due fattori:
- la massa m dell'oggetto (un aereo in volo ha un'energia potenziale maggiore di una penna tenuta in mano o appoggiata su un tavolo);
- l'altezza h a cui l'oggetto si trova (una penna che cade da un tavolo non ha gli stessi effetti devastanti di una penna che cade dal portellone di un aereo in volo; una penna che cade da un aereo in volo potrebbe, potenzialmente, fare danni anche gravi).
In formule: se $g= 9,8$ m/s$^2$ è l'accelerazione di gravità, $E_P=gmh$.
Abbiamo sperimentato la relazione tra queste due forme di energia sfruttando questa simulazione e facendo viaggiare un ragazzino in skateboard su e giù per una rampa.
Attivando i grafici che mostrano la ripartizione dell'energia, vediamo come l'energia totale resti invariata; se l'energia potenziale cresce, l'energia cinetica cala e viceversa.
Nelle condizioni ideali ricreate dalla simulazione questo processo continua all'infinito; se non c'è attrito, l'energia meccanica si conserva e il ragazzino non smette mai di viaggiare su e giù per la rampa.
Nella realtà però l'attrito agisce: questa forza trasforma parte dell'energia di movimento (di qualsiasi movimento) in calore. Se per riscaldarci le mani possiamo strofinarle una contro l'altra è per effetto di questa forza: parte dell'energia che impieghiamo per far muovere le nostre mani si trasforma in calore.
Inserendo nella simulazione anche gli effetti dell'attrito, ci siamo accorti che anche con lo skateboard parte dell'energia cinetica (di movimento) si trasforma in calore (energia termica): ce ne accorgiamo sempre guardando i grafici. L'energia totale resta sempre la stessa, ma l'energia cinetica e l'energia potenziale diminuiscono sempre di più; in compenso, l'energia termica cresce. Lo skateboard comincia ad andare sempre più lentamente e raggiunge quote sempre più basse, fino a fermarsi del tutto, a livello del suolo: a quel punto la sola energia presente nel sistema è il calore che si è creato per lo sfregamento tra le ruote dello skateboard e la rampa.
Abbiamo sperimentato la relazione tra queste due forme di energia sfruttando questa simulazione e facendo viaggiare un ragazzino in skateboard su e giù per una rampa.
Attivando i grafici che mostrano la ripartizione dell'energia, vediamo come l'energia totale resti invariata; se l'energia potenziale cresce, l'energia cinetica cala e viceversa.
Nelle condizioni ideali ricreate dalla simulazione questo processo continua all'infinito; se non c'è attrito, l'energia meccanica si conserva e il ragazzino non smette mai di viaggiare su e giù per la rampa.
Nella realtà però l'attrito agisce: questa forza trasforma parte dell'energia di movimento (di qualsiasi movimento) in calore. Se per riscaldarci le mani possiamo strofinarle una contro l'altra è per effetto di questa forza: parte dell'energia che impieghiamo per far muovere le nostre mani si trasforma in calore.
Inserendo nella simulazione anche gli effetti dell'attrito, ci siamo accorti che anche con lo skateboard parte dell'energia cinetica (di movimento) si trasforma in calore (energia termica): ce ne accorgiamo sempre guardando i grafici. L'energia totale resta sempre la stessa, ma l'energia cinetica e l'energia potenziale diminuiscono sempre di più; in compenso, l'energia termica cresce. Lo skateboard comincia ad andare sempre più lentamente e raggiunge quote sempre più basse, fino a fermarsi del tutto, a livello del suolo: a quel punto la sola energia presente nel sistema è il calore che si è creato per lo sfregamento tra le ruote dello skateboard e la rampa.
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