IL LAVORO

 Quando una forza, applicata ad un corpo, è la causa di un suo spostamento, detta forza compie un lavoro sul corpo. In genere quando un corpo riceve lavoro, ce n’è un altro che compie questo lavoro. Il corpo (o sistema) che compie lavoro perde energia, il corpo su cui il lavoro è compiuto acquista energia e l’aumento di energia è proprio eguale alla perdita di energia dell’altro. Il lavoro rappresenta proprio l’energia che passa da un sistema all’altro.

Per vedere quando è che una forza compie lavoro e come si calcola questo lavoro facciamo i seguenti casi.

1) Forza e lavoro sono fra di loro perpendicolari. Si pensi ad una gru, che tiene sospeso un corpo ad una certa altezza e nel frattempo, trovandosi su un piano perfettamente liscio (ghiaccio), scivoli su detto piano con velocità costante. Il gancio della gru esercita sul corpo una forza eguale e contraria al peso del corpo, quindi, perpendicolare alla superficie piana su cui avviene lo spostamento. La gru per eseguire questo spostamento non deve avviare nessun motore, non consuma carburante e quindi non c’è lavoro. L=0. Ogni qualvolta forza e spostamento sono perpendicolari il lavoro è nullo. In questo caso la forza non è causa dello spostamento. Un altro esempio di lavoro nullo è quello di una persona che tiene in mano una valigia e passeggia orizzontalmente. Il lavoro fatto dalla forza del braccio è nullo in quanto non è causa dello spostamento.

2) Forza e spostamento sono fra di loro paralleli. Si pensi alla gru che deve sollevare il corpo ad esso agganciato. Dobbiamo in questo caso accendere il motore e consumare energia (dataci dal carburante che si brucia). Maggiore è lo spostamento (innalzamento del corpo) maggiore è il carburante consumato, maggiore è il peso e quindi la forza applicata dalla gru maggiore è il carburante consumato. In questo caso sarà:

                                           L=F*s

Il lavoro anche se deriva da due grandezze vettoriali è una grandezza scalare e la sua unità di misura nel SI è il J (Joule) che corrisponde a N*m=Kg*m/s2*m.

Una forza di un newton compie il lavoro di un joule se provoca uno spostamento di un metro.

3) Forza e spostamento sono obliqui. Si pensi ad una persona che tira una slitta con una fune che forma un certo angolo con la superficie terrestre. In questo caso si scompone la forza F in una componente parallela allo spostamento s AB e in una componente perpendicolare allo spostamento. Possiamo sostituire alla forza F le sue due componenti Fn e Fp. Per la prima perpendicolare a s il lavoro è nullo, per la seconda è Fp*s.

L=Fp*s (con Fp componente della forza parallela a s)

Se durante lo spostamento s la forza non è costante, dobbiamo dividere l’intero spostamento in tanti Ds, prossimi a zero, in modo che in ognuno di essi la forza possa essere considerata costante e calcolare quindi il lavoro elementare DLi =Fp i*Ds. Il lavoro totale sarà la somma dei vari lavori elementari.

L=Fp1*Ds+……….+Fpi*Ds+………….

Il calcolo sarà tanto più esatto quanto più piccolo è il valore di Ds.

                                       POTENZA.

Consideriamo due motori che alzano lo stesso corpo alla stessa altezza. Compiranno due lavori uguali, ammettiamo di 30 J , ma uno in 30s e l’altro in 60s. Il primo ha una potenza maggiore del secondo. Infatti, il primo ad ogni secondo riesce a compiere un lavoro di 1J, mentre il secondo nello stesso secondo un lavoro di 0,5j. Il lavoro compiuto ad ogni secondo è chiamato potenza e si ottiene dividendo il lavoro per il tempo impiegato a compierlo.

                                            P=L/t.

L’unità di misura della potenza è J/s ed è chiamata watt . 1 watt=J/s.

Se conosciamo la potenza del motore per ottenere il lavoro bisogna moltiplicare la potenza per il tempo in cui la macchina ha agito.

                                       L=P*t

Se la potenza è in watt e il tempo in secondi P*t ci dà il lavoro espresso in J, se invece la potenza è in watt e il tempo in h P*t ci dà il lavoro espresso in wh(wattore)unità di misura di lavoro equivalente a 3600J.