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Energia

Lavoro, energia cinetica, energia potenziale, conservazione dell’energia e potenza, con calcoli svolti. Nel laboratorio dell’energia puoi far muovere un ottovolante con barre dell’energia e un cursore per l’attrito, oppure spingere o sollevare un carico per osservare lavoro e potenza.

Progressi

Informazioni sul corso

Sostenere un esame o tenere una borsa pesante sembra un duro lavoro, ma in fisica nessuno dei due casi lo è. Il lavoro ha un significato preciso: una forza compie lavoro su un oggetto soltanto quando questo si sposta, e conta soltanto la componente della forza nella direzione del moto. Quando si compie lavoro, si trasferisce energia: è questo legame a rendere importante l'idea.

Le sei unità trattano che cos'è l'energia, il lavoro come forza per distanza, l'energia cinetica, l'energia potenziale, la conservazione dell'energia e l’ottovolante e la potenza. Un giardiniere spinge un tagliaerba con 75.0 N lungo un manico inclinato di 35° sotto l'orizzontale per 25.0 m: il lavoro è 75.0 × 25.0 × cos 35° = 1536 J, pari a 0.37 kcal di energia alimentare. Nell'energia cinetica compare un quadrato: passare da 60 km/h a 90 km/h moltiplica la velocità per 1.5, ma lo spazio di frenata per 2.25. Usando la formula al contrario, una pallina da tennis a 100 km/h con circa 22 J dà una massa di 57 g, quella di una vera pallina. Il laboratorio dell'energia fa funzionare un ottovolante con barre energetiche e un cursore dell'attrito e ti permette di spingere o sollevare un carico per osservare lavoro e potenza.

Sull’ottovolante l'energia potenziale diventa cinetica in discesa e torna potenziale nella salita successiva. I binari reali e l'aria compiono lavoro negativo: KE + PE diminuisce lentamente, ma l'energia non viene distrutta, perché KE + PE + calore rimane costante. L'unità sulla potenza dà 1 hp = 746 W e ricorda che una lampadina a incandescenza da 60 W produce soltanto circa 5 W di luce.

Prima di iniziare

Il lavoro è forza per distanza, quindi conviene sapere che cos'è un newton da Forze e la velocità da Il moto. Le formule comprendono un quadrato per l'energia cinetica e un coseno per un problema sul tosaerba, e la maggior parte delle risposte richiede una calcolatrice.

Alla fine

Saprai calcolare il lavoro da una forza e da una distanza, l'energia cinetica di un'auto e l'energia potenziale immagazzinata sollevando una scatola o comprimendo una molla. Saprai spiegare perché raddoppiare la velocità quadruplica l'energia cinetica, prevedere la velocità di una montagna russa in fondo a una discesa, trovare la potenza di chi corre su per le scale e trasformare l'uso giornaliero di un computer in kWh.

  1. 1Che cos’è l’energiaUn joule solleva una mela di 100 g di circa 1 m; un’auto di 1000 kg a 90 km/h ne possiede circa 310 000.
  2. 2Lavoro: forza per distanzaSpingendo un tosaerba per 25 m con una forza di 75 N inclinata di 35° sotto l’orizzontale si compiono 1540 J di lavoro, circa un terzo di una Caloria alimentare.
  3. 3Energia cineticaUn’auto a 100 km/h possiede un’energia cinetica quattro volte maggiore di quella che ha a 50 km/h.
  4. 4Energia potenzialeSollevando di 1 m un peso di 0.500 kg di un orologio a cucù si accumulano 4.90 J, che l’orologio utilizza mentre il peso scende.
  5. 5Conservazione dell’energia e ottovolanteUn ottovolante che parte da fermo dalla cima di una discesa di 20.0 m raggiunge 19.8 m/s in fondo, se l’attrito è trascurabile, qualunque sia la sua massa.
  6. 6Potenza: quanto rapidamente si compie lavoroUna donna di 60.0 kg che sale di corsa 3.00 m di scale in 3.50 s sviluppa 538 W, poco meno di un horsepower.

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Fonti di questo corso (8)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 7.1 Work: the scientific definition (W = F d cos θ, briefcase cases, 1 J = 1 N·m, 1 J lifts a 100 g apple about 1 m, lawn mower 75.0 N at 35° for 25.0 m = 1.54 × 10³ J, 1 kcal = 4186 J, under 10% of food energy goes into work)
  • 7.2 Kinetic energy and the work-energy theorem (KE = ½ m v², 30.0 kg package at 0.500 m/s = 3.75 J, 120 N push with 5.00 N friction over 0.800 m = 92.0 J net, final speed 2.53 m/s, a car at 100 km/h has four times the KE it has at 50 km/h)
  • 7.3 Gravitational potential energy (ΔPE = m g h, reference level, path independence, 0.500 kg cuckoo clock weight raised 1.00 m = 4.90 J, 60.0 kg person landing stiffly from 3.00 m, roller coaster 20.0 m hill: 19.8 m/s, and 20.4 m/s with a 5.00 m/s start, mass cancels)
  • 7.4 Conservative forces and potential energy (spring PE = ½ k x², 0.100 kg toy car, k = 250 N/m, 4.00 cm, 0.180 m rise)
  • 7.5 Nonconservative forces (friction turns mechanical energy into thermal energy)
  • 7.6 Conservation of energy (statement of the law, forms of energy, Table 7.1: 1000 kg car at 90 km/h 3.1 × 10⁵ J, tennis ball at 100 km/h 22 J, mosquito 1.3 × 10⁻⁶ J, daily food intake 1.2 × 10⁷ J, 1 gallon gasoline 1.2 × 10⁸ J, 1 g fat 3.9 × 10⁴ J; efficiency, Table 7.2: cycling and climbing 20%, swimming at the surface 2%, gasoline engine 30%, diesel 35%, coal power plant 42%, electric motor 98%, solar cell 10%)
  • 7.7 Power (P = W ÷ t, 1 W = 1 J/s, 1 hp = 746 W, 60.0 kg woman up 3.00 m stairs in 3.50 s reaching 2.00 m/s = 538 W, Table 7.3: Sun 4 × 10²⁶ W, car 8 × 10⁴ W, person at rest 100 W, heart at rest 8 W, clothes dryer 4 × 10³ W, a 60 W incandescent bulb gives 5 W of light, power plants turn 35 to 40% of fuel energy into electricity, E = P t, 0.200 kW computer 6.00 h a day for 30.0 days = 36.0 kWh, $4.32 at $0.120 per kWh)
  • g = 9.8 m/s² as in OpenStax examples (NIST standard gravity 9.80665 m/s², physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn).

Consultato il: 2026-10-17