Principi Fondamentali di Energia, Lavoro e Potenza in Fisica

Concetti Fondamentali di Fisica

Energia

L'energia è la grandezza fisica per la quale i corpi hanno la possibilità di apportare modifiche su se stessi o su altri corpi. È misurata in joule.

Le proprietà dell'energia sono fondamentali per la nostra civiltà. L'energia può essere trasformata da una forma all'altra, può essere trasferita da un sistema all'altro e rimane costante. Tuttavia, in ciascuna trasformazione diventa meno in grado di eseguire altre trasformazioni, vale a dire, si degrada.

Lavoro Meccanico

In fisica, una forza compie lavoro quando il suo punto di applicazione si sposta in una direzione non perpendicolare ad essa.

Il lavoro meccanico (W) di una forza costante su un corpo può essere espresso come prodotto scalare della forza per lo spostamento. Si misura in Joule (N • m).

Tipi di Lavoro

• Lavoro motore: Se l'angolo tra la forza e lo spostamento è compreso tra 0º e 90º, il lavoro è positivo ed è chiamato motore perché promuove il movimento del corpo, aumentandone l'energia.
• Lavoro nullo: Se la forza è perpendicolare allo spostamento, non compie lavoro.
• Lavoro resistente: Se l'angolo tra la forza e lo spostamento è compreso tra 90º e 180º, il lavoro è negativo ed è chiamato resistente perché si oppone al movimento del corpo, diminuendone l'energia. È un lavoro resistente, come il lavoro delle forze di attrito.

Quando più forze agiscono su un corpo, la somma di tutto il lavoro compiuto da esse è uguale al lavoro che compirebbe la forza risultante.

Potenza

La potenza è il lavoro compiuto da un sistema nell'unità di tempo. Misura la velocità con cui avviene il trasferimento di energia. La sua unità è il watt (W), pari a 1 J/s. Un cavallo vapore equivale a 735,5 W (1 HP = 735,5 W).

Energia e Termodinamica

Forze Conservative ed Energie Associate

Una forza è conservativa quando il lavoro che compie dipende solo dalla posizione iniziale e finale del suo punto di applicazione.

L'energia cinetica è la capacità di un corpo di compiere lavoro in virtù del suo movimento.

Teorema dell'energia cinetica: "Il lavoro totale compiuto su un corpo per spostarlo dalla posizione 1 alla posizione 2 è uguale alla variazione di energia cinetica che esso subisce."

Un corpo possiede energia potenziale gravitazionale, che gli consente di compiere lavoro.

L'energia potenziale gravitazionale è la capacità di un corpo di compiere lavoro a causa della sua posizione rispetto alla superficie terrestre.

Il principio di conservazione dell'energia meccanica afferma: "Se le uniche forze che agiscono su un corpo sono forze conservative, l'energia meccanica del corpo rimane costante."

Termodinamica

La temperatura di un corpo è una misura dell'energia cinetica media delle particelle che lo compongono.

L'energia termica viene trasferita tra due corpi a causa della differenza di temperatura.

La termodinamica è la branca della fisica che studia gli scambi energetici che avvengono tra un sistema e il suo ambiente.

Chiamiamo energia interna di un sistema l'energia totale delle particelle costituenti, cioè la somma delle energie cinetiche (traslazionale, vibrazionale, rotazionale, ecc.) di tutte le particelle.

Prima legge della termodinamica: "La variazione di energia interna di un sistema è pari alla somma del calore scambiato con l'ambiente e del lavoro compiuto dal o sul sistema."