Energia meccanica si misura in Joule

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In fisica, parlare di energia meccanica significa affrontare due forme di energia già note: l’energia cinetica e l’energia potenziale. L’energia meccanica è proprio costituita dalla somma di queste due forme di energia, e la sua unità di misura è il joule.

L’energia potenziale può essere determinata principalmente da due fattori, la forza gravitazionale e la forza elastica. Per tale ragione, l’energia meccanica è costituita dalla somma di elementi diversi, attribuiti all’energia cinetica di un corpo e alla sua capacità di muoversi con una certa velocità, all’energia potenziale gravitazionale in relazione all’altezza a cui il corpo si trova e al suo movimento verso l’alto o il basso, e all’energia potenziale elastica, relativa alla presenza di elementi dotati di forza elastica, quali possono essere le molle allungate o compresse.

Ogni corpo o sistema possiede un determinato valore di energia meccanica, che può essere scambiata con altri: questo movimento di energia viene definito lavoro. Porre a confronto energia cinetica ed energia potenziale comporta un risultato fondamentale nello studio della fisica: il principio di conservazione dell’energia, definito comunemente anche legge di conservazione dell’energia meccanica.

Il principio di conservazione dell’energia meccanica stabilisce che qualora in un sistema agiscano solo forze conservative, il valore risultante dalla somma di energia cinetica, energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale elastica rimane costante. Una forza è definita conservativa quando il lavoro che essa compie durante un movimento non si relaziona allo spazio percorso, ma alla posizione di inizio e di fine: esempi di forze conservative sono la forza peso di un corpo, sempre diretta verso il basso e lungo una linea verticale, e la forza elastica, relativa alla differenza di lunghezza di un oggetto elastico, quale può essere, appunto, una molla.

Al contrario, l’energia meccanica si modifica in presenza di forze dissipative, il cui esempio più caratteristico è l’attrito, provocato non solo dalla superficie sulla quale un corpo si muove, ma anche dalla forma del corpo stesso e dall’aria. A causa dell’attrito, una parte di energia meccanica si trasforma in altre forme di energia, o genera calore: avviene quindi una diminuzione dell’energia meccanica determinata dal lavoro compiuto dalla forza dissipativa.

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Un esempio tipico riguardante l’azione delle forze dissipative e il principio di conservazione dell’energia meccanica è il movimento di un oggetto lungo un piano inclinato. Al punto di partenza, il corpo possiede unicamente energia cinetica che verrà dissipata dall’attrito, e giunto ad una certa distanza possederà unicamente energia potenziale gravitazionale. Qualora il piano sul quale il corpo si muove non fosse inclinato, al termine del percorso il corpo non possederà alcun genere di energia, esaurita completamente a causa dell’attrito dell’aria e della superficie su cui è mosso.

Le forze di attrito, che interagiscono in gran parte delle leggi della fisica, sono forze dissipative costituite dal contatto tra due elementi, e la loro azione è facilmente verificabile durante qualsiasi movimento. La forza di attrito è considerata non conservativa poiché non è costante, e gli effetti che produce non dipendono dallo spostamento, ma dalle due parti a contatto, che oppongono resistenza e producono calore.


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