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L'energia

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Forza ed energia
 
  • quando si "fa forza per" spostare, deformare, fermare, mettere in moto, ecc., il risultato dipende non solo dall'intensità della forza ma anche dal tratto (spostamento) lungo cui la forza agisce: il prodotto di forza per spostamento viene chiamato lavoro
  • ,
  • il lavoro ci permette di misurare l'energia che viene scambiata facendo forza per ottenere il risultato utile sperato: il risultato non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dal prodotto dei due, cioè dall'energia trasferita,
  • sono esempi di energie trasferite:
    • l'energia trasferita dal dito all'elastico di una fionda: non dipende solo dalla forza Fde che il dito applica all'elastico ma anche dall'allungamento dell'elastico,
    • l'energia trasferita a un oggetto dal braccio che lo solleva per portarlo in alto: non dipende solo dalla forzaFmo diretta verso l'alto, che la mano applica all'oggetto, ma anche dall'altezza a cui lo solleva,
    • l'energia trasferita in un'auto in corsa dalle ruote ai freni quando si frena: non dipende solo dalla forza Ffr che i freni applicano alla ruota, ma anche dalla distanza di frenata
  • .
secondo ciclo
 
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Le molte forme dell'energia
 
  • l'energia può avere molte forme diverse e può trasformarsi da una forma all'altra
  • esempi di trasformazioni di energia:
    • l'energia muscolare del dito diventa energia elastica della fionda quando il dito tira l'elastico per allungarlo
    • l'energia muscolare del braccio diventa energia di posizione (o energia dello stare in alto) dell'oggetto quando il braccio solleva l'oggetto per portarlo in alto,
    • l'energia di posizione dell'oggetto diventa energia di movimento (o energia cinetica) dell'oggetto quando l'oggetto cade sotto l'azione della forza di gravità FTo che la Terra esercita sull'oggetto.
secondo ciclo
 
Ec
Le caratteristiche importanti dell'energia
 
  • l'energia è importante perché permette di fare del lavoro, cioè di fare forza per ottenere un risultato utile,
  • l'energia ha molte forme e può trasformarsi da una forma all'altra, perciò possiamo utilizzarla nella forma che più ci serve,
  • l'energia può passare da un oggetto all'altro, perciò possiamo utilizzarla nell'oggetto che più ci serve,
  • passando e trasformandosi l'energia si conserva: l'energia non si crea né si distrugge,
  • l'energia può essere immagazzinata: un elastico teso, un oggetto posto in alto hanno energia immagazzinata,
  • non tutte le forme di energia sono egualmente utili
tutti a livello intuitivo
l'analisi dettagliata delle modalità di trasformazione, immagazzinamento e passaggio dell'energia è consigliata come approfondimento per un secondo ciclo
 
Ed
Altre forme di energia
 
  • ci sono molte forme di energia oltre alle forme di energia meccanica (come energia di posizione, cinetica o elastica); ce ne accorgiamo perché in alcuni casi sembra che l'energia meccanica sparisca o si crei dal nulla: in realtà essa si trasforma in altre forme di energia
  • alcuni esempi:
    • quando un'auto frena, la sua energia di moto si trasforma in energia termica: infatti le ruote e la strada si scaldano
    • in una candela che brucia, l'energia chimica della cera si trasforma in energia termica e in energia radiante della fiamma
    • i raggi del sole o di una lampadina scaldano: è energia radiante che si trasforma in energia termica
    • in una lampadina, l'energia elettrica si trasforma in energia radiante e in energia termica
  • fra tutte queste forme di energia, l'energia termica è particolarmente facile da percepire e misurare perché passaggi o trasformazioni di energia termica sono associati a variazioni di temperatura
  • pur essendo strettamente legate, energia termica e temperatura sono grandezze fisiche diverse
  • all'energia termica che entra o esce da un oggetto si dà il nome di calore
 


Ee
La misura dell'energia
 
  • si misura l'energia nel momento in cui si trasforma o passa da un oggetto all'altro;
  • ci sono due modi di misurare l'energia: misurando il lavoro fatto o misurando il calore trasferito
    • si fa lavoro quando c'è una forza che agisce per un certo tratto o produce uno spostamento: il lavoro è il prodotto di forza per spostamento. Ad esempio, per sollevare un oggetto a una certa altezza, chi solleva deve applicare una forza, diretta verso l'alto, pari alla forza-peso dell'oggetto, fa un lavoro pari al prodotto della forza-peso per l'altezza e trasferisce un'energia pari a questo lavoro
    • il calore è l'energia trasferita a un oggetto che ne fa aumentare la temperatura, si calcola facendo il prodotto della variazione di temperatura per la massa e per il calore specifico, che è un coefficiente caratteristico della sostanza di cui l'oggetto è fatto
  • nel SI, l'unità di misura dell'energia è il joule (simbolo J): 1 J è il lavoro fatto dalla forza di 1 N per uno spostamento di 1 m
  • un'unità molto usata soprattutto per misurare il calore trasferito è la caloria (simbolo cal): occorre 1 cal per far aumentare di 1 grado centigrado la temperatura di 1 g di acqua; 1cal è circa uguale a 4J;
  • un'altra unità, molto usata per le "macchine", è il kilovattora (kWh): è l'energia erogata da una macchina della potenza di 1 kW in un'ora (3600 secondi)
secondo ciclo
 


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Energia e potenza
 
  • in molti casi non è solo importante sapere quanta energia viene erogata, ma anche in quanto tempo ciò avviene;
  • l'energia erogata nell'unità di tempo viene chiamata potenza;
  • l'unità di misura della potenza è il watt, che è pari all'energia di 1 J erogata in 1s.;
  • "alta potenza" significa capacità di erogare molta energia a un ritmo elevato, cioè in un tempo breve.
tutti a livello intuitivo
calcoli dettagliati di potenza solo a livello adulto o come approfondimento per un secondo ciclo
 




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Aggiornato il 1 Febbraio 2001.
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