L’energia è l’attitudine di un corpo a compiere un lavoro.
Esistono vari tipi di energia: meccanica; termica; elettrica; solare; eolica; geotermica; ecc
In questa pagina tratteremo in particolare l’energia meccanica, cioè l’energia dovuta al movimento dei corpi.
L’energia meccanica, si divide in energia potenziale gravitazionale, in energia potenziale elastica e in energia cinetica.
L’energia potenziale gravitazionale
Un corpo ad una certa altezza h, se lasciato libero, per effetto della forza peso Fp , subisce una caduta, quindi uno spostamento verso il basso.
Come raffigurato nello schema seguente:
Il corpo soggetto alla forza peso subisce uno spostamento, quindi compie un lavoro.
Il lavoro compiuto dal corpo durante la sua caduta sarà:
L = Fp ∙ h
Sapendo che, la forza peso dipende sia dalla massa del corpo in caduta Fp, che dall’accelerazione di gravità g, si ha:
Fp = m ∙ g
Sostituiamo nella relazione del lavoro, otteniamo:
L = m ∙ g ∙ h
Cerchiamo di capire a cosa è dovuto questo lavoro.
Per portare il corpo da terra ad un’altezza h, abbiamo compiuto un lavoro, in quanto abbiamo applicato una forza contraria alla forza peso.
Questo lavoro da noi compiuto, non viene sprecato, ma si immagazzina nel corpo mediante un accumulo di energia, che ci viene restituita nel momento in cui lasciamo libero il corpo facendolo cadere.
Questa energia è direttamente proporzionale alla forza peso del corpo e alla sua altezza. Essa viene chiamata energia potenziale gravitazionale Eg.
L’ energia ha un valore pari al lavoro compiuto per portare il corpo all’altezza h
Eg = L
Quindi:
Eg = m ∙ g ∙ h
L’energia potenziale gravitazionale è direttamente proporzionale alla massa ed all’altezza del corpo
Se rappresentiamo graficamente l’energia potenziale gravitazionale in funzione della massa otterremo una retta inclinata, che parte dall’origine degli assi, come da figura seguente:
Il grafico dell’energia potenziale gravitazionale in funzione dell’altezza, sarà anch’esso una retta inclinata, che parte dall’origine degli assi, come da figura seguente:
Da precisare che nello spazio non essendoci accelerazione di gravità, l’energia potenziale gravitazionale risulta nulla.
Essendo l’accelerazione di gravità dipendente dalle dimensioni dei pianeti o dei satelliti, avremo a parità di massa e di altezza, valori diversi dell’energia potenziale gravitazionale.
Anche nel caso in cui il corpo è posto sul piano inclinato si ha l’energia potenziale gravitazionale, solo che in questo caso dobbiamo considerare anziché la forza peso, la componente della forza parallela al piano.
L’energia potenziale elastica
Per allungare o comprimere una molla, dobbiamo compiere un lavoro.
In questa fase, la molla acquista energia, che può restituirci nel momento in cui viene lasciata libera.
Tale energia è detta energia potenziale elastica Ee
Essa vale :
Ee = ½ Ke ∙ Δl2
Dove:
Δl è la variazione di lunghezza che la molla ha subito durante l’allungamento o la compressione e Ke è la costante elastica della molla, che si misura in N/m.
Da ricordare che la costante elastica Ke dipende dal tipo di corpo considerato, e precisamente, dal tipo di materiale da cui è costituito e dalla sua forma.
Dalla relazione possiamo affermare che:
L’energia potenziale elastica è direttamente proporzionale al quadrato della variazione di lunghezza.
Pertanto, il grafico dell’energia potenziale elastica, in funzione della variazione di lunghezza, non sarà di tipo lineare ma sarà una parabola che parte dall’origine degli assi. Come rappresentato nella figura seguente:
L’energia cinetica
Se appoggiamo lentamente il martello di massa m su di un chiodo, notiamo che il chiodo non entra nel muro. Se invece, il martello possiede una velocità v, otteniamo che il chiodo si conficca nel muro.
Da ciò deduciamo che un corpo in movimento possiede energia.
L’energia, è tanto più elevata, quanto maggiori sono la massa e la velocità del corpo.
Tale energia è chiamata energia cinetica Ec.
La relazione è la seguente:
Ec = ½ m ∙ v2
L’energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa ed al quadrato della velocità
Pertanto, il grafico dell’energia cinetica in funzione della massa, sarà rappresentato da una retta inclinata che parte dall’origine degli assi. Come da figura seguente:
Invece, il grafico dell’energia cinetica in funzione della velocità è rappresentato mediante una parabola che parte, anch’essa dall’origine degli assi. Come da figura seguente:
Si ricorda che in qualunque forma essa sia, l’energia si misura sempre in Joule.