1. Il lavoro e la potenza

1 Il lavoro e la potenza Nel linguaggio comune per “lavoro” s’intende una delle tante attività che l’uomo svolge: il lavoro muscolare del muratore, il lavoro di una casalinga, il lavoro intellettuale di un ricercatore… Il lavoro è normalmente collegato alla fatica. In fisica, invece, al “lavoro” si dà un significato diverso. Che cos’è il lavoro per la fisica?Alla fermata dello scuolabus una ragazza è ferma con uno zaino in spalla, un ragazzo arriva correndo con lo zaino in spalla e un’altra ragazza sta sollevando da terra lo zaino. Di sicuro tutti e tre si stanno affaticando un po’, ma dal punto di vista della fisica compie lavoro solo la ragazza che solleva lo zaino da terra perché vi applica una forza che ha come effetto lo spostamento dello zaino nella stessa direzione della forza. La ragazza che regge lo zaino da ferma non compie lavoro per la fisica perché lo zaino non viene spostato e la forza che la ragazza applica è solo necessaria per bilanciare la forza peso. Neppure il ragazzo che corre compie lavoro per spostare lo zaino perché la forza che applica e lo spostamento dello zaino hanno direzioni perpendicolari. In fisica quindi si compie lavoro solo quando si applica una forza e si ha uno spostamento lungo la stessa direzione in cui la forza agisce. Analizza Quale dei tre compie un lavoro? HAI CAPITO CHE... Si compie un lavoro solo quando si applica una forza che provoca uno spostamento nella stessa direzione in cui la forza agisce. Esiste una relazione matematica tra le grandezze lavoro, forza e spostamento? Quando si sposta un libro da un ripiano più in basso a uno più in alto della libreria si compie un lavoro. Se sollevi un libro che pesa ad esempio 2 kg a un’altezza di 50 cm, devi compiere un certo lavoro ( 1 ). Per sollevare due libri uguali e quindi un peso doppio, contemporaneamente, alla stessa altezza, devi compiere un lavoro doppio ( 2 ). Il lavoro dipende quindi dalla forza applicata al corpo (forzapeso). Il lavoro da compiere raddoppia anche se sposti il libro in uno scaffale posto a un’altezza doppia della precedente ( 3 ). Il lavoro dipende quindi anche dallo spostamento. Dall’esame delle due situazioni puoi concludere che il lavoro è direttamente proporzionale all’intensità della forza e dello spostamento. In formula: L = F × s dove: L = lavoro F = forza s = spostamento Il lavoro è una grandezza scalare mentre, come sai, forza e spostamento sono vettoriali. L’unità di misura del lavoro nel Sistema Interazionale (S.I.) è il joule (J), che corrisponde al lavoro compiuto dalla forza di 1 N (N = newton) per spostare il corpo di 1 metro. 1J = 1N × 1m Un’altra unità di misura utilizzata è il kilogrammetro (kgm): 1kgm = 1kg-peso × 1m Ricordando che 1 kg-peso = 9,8 N, si ha: 1kgm = 9,8N × 1m = 9,8J Analizza Come cambia il lavoro se raddoppia il peso da spostare? Analizza Come cambia il lavoro se raddoppia lo spostamento? HAI CAPITO CHE... L’unità di misura del lavoro è il joule, che corrisponde al lavoro compiuto dalla forza di 1 newton per spostare il corpo di 1 metro. Un’altra unità di misura è il kilogrammetro, che corrisponde a 9,8 joule. Che cos’è la potenza? Il lavoro che una forza compie, come puoi desumere dalla formula, non dipende dal tempo impiegato, ma a volte può essere utile sapere se un lavoro si compie più o meno rapidamente. Quando si considera un’automobile, per esempio, è interessante conoscere se il suo motore è più o meno potente, cioè se riesce a far girare le ruote a una certa velocità in breve o lungo tempo. La potenza è dunque una grandezza fisica che indica il rapporto tra il lavoro compiuto e il tempo impiegato a compierlo. In formula: P = L/t dove: P = potenza L = lavoro t = tempo La formula ti dice che la potenza è tanto più grande: - quando, nello stesso tempo, si compie più lavoro (potenza e lavoro sono direttamente proporzionali); - quando, a parità di lavoro, si impiega minor tempo per svolgerlo (potenza e tempo sono inversamente proporzionali). L’unità di misura della potenza nel S.I. è il watt (W); 1 W è la potenza capace di compiere il lavoro di 1 J in 1 secondo. Nella pratica per misurare la potenza di elettrodomestici o macchine sono molto usati anche i multipli del watt: il kW (chilowatt) che equivale a 1000 W, il MW (megawatt) che equivale a 1 milione di W, il GW (gigawatt) che equivale 1 miliardo di W. Analizza Quale delle due auto è più potente? HAI CAPITO CHE... La potenza è il rapporto tra lavoro e tempo impiegato. L’unità di misura della potenza è il watt. 1 watt è la potenza capace di compiere il lavoro di 1 joule in 1 secondo. per saperne di più James Watt e il cavallo vaporeL’unità di misura della potenza è legata al nome di James Watt (1736-1819), fisico e ingegnere scozzese. Nel 1768 costruì il suo modello di macchina a vapore, una macchina molto simile, nelle sue parti essenziali, al motore che viene usato ancora oggi. La macchina a vapore ebbe rapidamente una larga diffusione in Europa e in America e fu usata in seguito nelle fabbriche dove favorì il passaggio da una produzione di tipo artigianale a una di tipo industriale. Watt introdusse anche come unità di misura della potenza delle sue macchine l’horse power, cioè la massima potenza sviluppata da un cavallo per compiere un certo lavoro: in quei tempi le macchine a vapore iniziavano a fare concorrenza anche al lavoro agricolo svolto dagli animali. In italiano l’espressione “horse power” fu tradotta in cavallo vapore. In realtà, il valore dell’horse power (HP) e quello del cavallo vapore (CV) sono leggermente diversi: 1HP = 746W 1CV = 735W Ancora oggi il cavallo vapore viene usato per indicare la potenza dei motori anche se dal 1982 tale unità di misura avrebbe dovuto essere completamente sostituita dal watt. La potenza di 1 cavallo vapore di una macchina equivale alla potenza di 1 cavallo che solleva 1497 kg a 3,05 metri in un minuto. >> VERSO LE COMPETENZERisolvi i problemia. Una cassetta di frutta del peso di 8 kg viene spostata di 5 m. Quale lavoro si compie? Esprimi il lavoro in kilogrammetri.b. Qual è la potenza di un motore che compie un lavoro di 45 J in 10 secondi?Esprimi la potenza in W. c. Un tavolo viene spostato di 10 m compiendo un lavoro di 1220 J. Quale forza è stata applicata?(Per trovare la forza (F), devi ricavare la formula inversa da quella diretta L = F x s.)Analizza e costruisci i graficiImmagina di sollevare all’altezza di 1 metro una cassa di 10 kg, poi una di 20 kg, poi una di 30 kg.L = F × s = 10 × 1 = 10 kgmL = F × s = 20 x 1 = 20 kgmL = F × s = …………. = ………… e così via.Costruisci un grafico ponendo sull’asse delle ascisse (x) i valori della forza e sull’asse delle ordinate (y) i valori corrispondenti del lavoro.Dall’analisi del grafico puoi concludere che il lavoro è ………………………………………. proporzionale alla forza.Immagina ora di sollevare una cassa di 10 kg alle altezze di 1 m, 2 m e 3 m.Osserva il grafico costruito ponendo sull’asse delle ascisse (x) i valori dello spostamento e sull’asse delle ordinate (y) i corrispondenti valori del lavoro.Dall’analisi del grafico puoi concludere che il lavoro è ………………………….………. proporzionale allo spostamento.
1 Il lavoro e la potenza Nel linguaggio comune per “lavoro” s’intende una delle tante attività che l’uomo svolge: il lavoro muscolare del muratore, il lavoro di una casalinga, il lavoro intellettuale di un ricercatore… Il lavoro è normalmente collegato alla fatica. In fisica, invece, al “lavoro” si dà un significato diverso. Che cos’è il lavoro per la fisica?Alla fermata dello scuolabus una ragazza è ferma con uno zaino in spalla, un ragazzo arriva correndo con lo zaino in spalla e un’altra ragazza sta sollevando da terra lo zaino. Di sicuro tutti e tre si stanno affaticando un po’, ma dal punto di vista della fisica compie lavoro solo la ragazza che solleva lo zaino da terra perché vi applica una forza che ha come effetto lo spostamento dello zaino nella stessa direzione della forza. La ragazza che regge lo zaino da ferma non compie lavoro per la fisica perché lo zaino non viene spostato e la forza che la ragazza applica è solo necessaria per bilanciare la forza peso. Neppure il ragazzo che corre compie lavoro per spostare lo zaino perché la forza che applica e lo spostamento dello zaino hanno direzioni perpendicolari. In fisica quindi si compie lavoro solo quando si applica una forza e si ha uno spostamento lungo la stessa direzione in cui la forza agisce. Analizza Quale dei tre compie un lavoro? HAI CAPITO CHE... Si compie un lavoro solo quando si applica una forza che provoca uno spostamento nella stessa direzione in cui la forza agisce. Esiste una relazione matematica tra le grandezze lavoro, forza e spostamento? Quando si sposta un libro da un ripiano più in basso a uno più in alto della libreria si compie un lavoro. Se sollevi un libro che pesa ad esempio 2 kg a un’altezza di 50 cm, devi compiere un certo lavoro ( 1 ). Per sollevare due libri uguali e quindi un peso doppio, contemporaneamente, alla stessa altezza, devi compiere un lavoro doppio ( 2 ). Il lavoro dipende quindi dalla forza applicata al corpo (forzapeso). Il lavoro da compiere raddoppia anche se sposti il libro in uno scaffale posto a un’altezza doppia della precedente ( 3 ). Il lavoro dipende quindi anche dallo spostamento. Dall’esame delle due situazioni puoi concludere che il lavoro è direttamente proporzionale all’intensità della forza e dello spostamento. In formula: L = F × s dove: L = lavoro F = forza s = spostamento Il lavoro è una grandezza scalare mentre, come sai, forza e spostamento sono vettoriali. L’unità di misura del lavoro nel Sistema Interazionale (S.I.) è il joule (J), che corrisponde al lavoro compiuto dalla forza di 1 N (N = newton) per spostare il corpo di 1 metro. 1J = 1N × 1m Un’altra unità di misura utilizzata è il kilogrammetro (kgm): 1kgm = 1kg-peso × 1m Ricordando che 1 kg-peso = 9,8 N, si ha: 1kgm = 9,8N × 1m = 9,8J Analizza Come cambia il lavoro se raddoppia il peso da spostare? Analizza Come cambia il lavoro se raddoppia lo spostamento? HAI CAPITO CHE... L’unità di misura del lavoro è il joule, che corrisponde al lavoro compiuto dalla forza di 1 newton per spostare il corpo di 1 metro. Un’altra unità di misura è il kilogrammetro, che corrisponde a 9,8 joule. Che cos’è la potenza? Il lavoro che una forza compie, come puoi desumere dalla formula, non dipende dal tempo impiegato, ma a volte può essere utile sapere se un lavoro si compie più o meno rapidamente. Quando si considera un’automobile, per esempio, è interessante conoscere se il suo motore è più o meno potente, cioè se riesce a far girare le ruote a una certa velocità in breve o lungo tempo. La potenza è dunque una grandezza fisica che indica il rapporto tra il lavoro compiuto e il tempo impiegato a compierlo. In formula: P = L/t dove: P = potenza L = lavoro t = tempo La formula ti dice che la potenza è tanto più grande: - quando, nello stesso tempo, si compie più lavoro (potenza e lavoro sono direttamente proporzionali); - quando, a parità di lavoro, si impiega minor tempo per svolgerlo (potenza e tempo sono inversamente proporzionali). L’unità di misura della potenza nel S.I. è il watt (W); 1 W è la potenza capace di compiere il lavoro di 1 J in 1 secondo. Nella pratica per misurare la potenza di elettrodomestici o macchine sono molto usati anche i multipli del watt: il kW (chilowatt) che equivale a 1000 W, il MW (megawatt) che equivale a 1 milione di W, il GW (gigawatt) che equivale 1 miliardo di W. Analizza Quale delle due auto è più potente? HAI CAPITO CHE... La potenza è il rapporto tra lavoro e tempo impiegato. L’unità di misura della potenza è il watt. 1 watt è la potenza capace di compiere il lavoro di 1 joule in 1 secondo. per saperne di più James Watt e il cavallo vaporeL’unità di misura della potenza è legata al nome di James Watt (1736-1819), fisico e ingegnere scozzese. Nel 1768 costruì il suo modello di macchina a vapore, una macchina molto simile, nelle sue parti essenziali, al motore che viene usato ancora oggi. La macchina a vapore ebbe rapidamente una larga diffusione in Europa e in America e fu usata in seguito nelle fabbriche dove favorì il passaggio da una produzione di tipo artigianale a una di tipo industriale. Watt introdusse anche come unità di misura della potenza delle sue macchine l’horse power, cioè la massima potenza sviluppata da un cavallo per compiere un certo lavoro: in quei tempi le macchine a vapore iniziavano a fare concorrenza anche al lavoro agricolo svolto dagli animali. In italiano l’espressione “horse power” fu tradotta in cavallo vapore. In realtà, il valore dell’horse power (HP) e quello del cavallo vapore (CV) sono leggermente diversi: 1HP = 746W 1CV = 735W Ancora oggi il cavallo vapore viene usato per indicare la potenza dei motori anche se dal 1982 tale unità di misura avrebbe dovuto essere completamente sostituita dal watt. La potenza di 1 cavallo vapore di una macchina equivale alla potenza di 1 cavallo che solleva 1497 kg a 3,05 metri in un minuto. >> VERSO LE COMPETENZERisolvi i problemia. Una cassetta di frutta del peso di 8 kg viene spostata di 5 m. Quale lavoro si compie? Esprimi il lavoro in kilogrammetri.b. Qual è la potenza di un motore che compie un lavoro di 45 J in 10 secondi?Esprimi la potenza in W. c. Un tavolo viene spostato di 10 m compiendo un lavoro di 1220 J. Quale forza è stata applicata?(Per trovare la forza (F), devi ricavare la formula inversa da quella diretta L = F x s.)Analizza e costruisci i graficiImmagina di sollevare all’altezza di 1 metro una cassa di 10 kg, poi una di 20 kg, poi una di 30 kg.L = F × s = 10 × 1 = 10 kgmL = F × s = 20 x 1 = 20 kgmL = F × s = …………. = ………… e così via.Costruisci un grafico ponendo sull’asse delle ascisse (x) i valori della forza e sull’asse delle ordinate (y) i valori corrispondenti del lavoro.Dall’analisi del grafico puoi concludere che il lavoro è ………………………………………. proporzionale alla forza.Immagina ora di sollevare una cassa di 10 kg alle altezze di 1 m, 2 m e 3 m.Osserva il grafico costruito ponendo sull’asse delle ascisse (x) i valori dello spostamento e sull’asse delle ordinate (y) i corrispondenti valori del lavoro.Dall’analisi del grafico puoi concludere che il lavoro è ………………………….………. proporzionale allo spostamento.