ENERGIA CINETICA

Un corpo, che ha una certa velocità possiede un’energia, legata proprio alla velocità. Infatti, detto corpo se urta una molla, rallenta e, comprimendo la molla, compie un lavoro. Si ricordi che quando un corpo compie un lavoro la sua energia diminuisce. Nel nostro caso diminuisce anche la velocità e ciò ci fa capire che l’energia posseduta dal corpo è legata alla velocità. Questa energia è chiamata cinetica. Come si può calcolare l’energia cinetica posseduta da un corpo? Dobbiamo fissare uno stato in cui l’energia sia eguale a zero e quindi calcolare il lavoro che dobbiamo fare per portare il corpo alla velocità desiderata. Scegliamo l’energia cinetica eguale a zero quando il corpo ha velocità nulla. Per comunicare al corpo una certa velocità dobbiamo compiere un lavoro. Questo lavoro aumenta l’energia del corpo e se la forza è responsabile solo del cambiamento di velocità detto lavoro va tutto in aumento di energia cinetica. Siccome l’energia iniziale è nulla DeltaEc=Ec=L.

Cosa dobbiamo fare per comunicare ad un corpo, inizialmente fermo, una certa velocità? Gli dobbiamo applicare una forza costante, che lo farà muovere di moto uniformemente accelerato nella direzione e nel verso della forza. Il corpo quindi si sposterà e la forza compie un lavoro eguale a F*s.

Se nella posizione B il corpo raggiunge la velocità desiderata, la forza viene annullata in modo che la velocità resti costante. Lo spostamento che dobbiamo inserire nella formula del lavoro è il tratto AB, durante il quale il corpo si è mosso di moto uniformemente accelerato. AB=s=1/2at2. La forza può essere espressa in funzione dell’accelerazione F=ma

              L=F*s=m*a*1/2*a*t2=1/2m(a*t)2

                a*t=Delta v=v (si ricordi che vo=0).

                         L=Ec=1/2mv2

L’energia cinetica di un corpo è direttamente proporzionale alla sua massa e direttamente proporzionale al quadrato della velocità. Il grafico dell’energia cinetica in funzione di v è un ramo di parabola. Notare che basta un piccolo aumento di v per avere un grosso incremento di energia cinetica (vedesi tabella e grafico).

Se la velocità del corpo varia, cambia anche l’energia cinetica e sarà:

                    DeltaEc=Ecf-Eci=1/2mvf2-1/2mvi2=L

(LAVORO FATTO DALLA FORZA RESPONSABILE DEL CAMBIAMENTO DI VELOCITà).

Se la velocità aumenta la variazione di energia cinetica e il lavoro saranno positivi (la forza applicata, detta motrice, ha la stessa direzione e lo stesso verso dello spostamento). Se invece la velocità diminuisce la variazione e il lavoro saranno entrambi negativi (la forza applicata, detta frenante, ha la stessa direzione , ma verso opposto rispetto alla velocità e allo spostamento).

Quando l’energia cinetica aumenta è il corpo che riceve lavoro, quando diminuisce è il corpo che compie lavoro su un altro.

Se una macchina, che viaggia alla velocità v, subisce un urto, la sua velocità si annulla e quindi il corpo perde tutta la sua energia cinetica che dà luogo ad un lavoro che in questo caso possiamo chiamare di distruzione (per contorcere le lamiere c’è bisogno di lavoro che viene dato dalla perdita di energia cinetica inizialmente posseduta).

L=DeltaEc=-1/2mv2. Perciò il lavoro o, per meglio dire, il danno è direttamente proporzionale al quadrato della velocità. Se due auto della stessa massa subiscono un incidente e avevano velocità una doppia dell’altra, quella con velocità doppia avrà un danno quadruplo rispetto all’altra.

Tramite la variazione di energia cinetica possiamo facilmente calcolare lo spazio di frenata di un veicolo. Infatti, quando si bloccano le ruote, sull’auto agisce una forza frenante che è l’attrito radente fra le ruote e l’asfalto. Questa forza compirà sul corpo un lavoro negativo, che in valore assoluto è Fa*s con Fa forza d’attrito che è eguale ka*P (ka coefficiente d’attrito che dipende dalle condizioni delle ruote e dell’asfalto) e s spazio di frenata. Questo lavoro è eguale alla variazione di energia cinetica.

              DeltaEC=-1/2mv2=-ka*m*g*s;

                          s=1/2v2/ka*g.

Lo spazio di frenata cresce secondo il quadrato della velocità e cresce al diminuire del coefficiente di attrito, che sicuramente si abbassa in condizioni di pioggia o di battistrada usurati.