Lavoro, Energia e Potenza

con riferimenti all'edizione Walker Biennio "Modelli Teorici e Problem solving" (2016) - Capitolo 10

RIF: pp 365-369. Videolezione

Concetto di lavoro (meccanico) di una forza: grandezze significative e non significative (tempo).

Definizione fisico matematica. Unità di misura. il joule.

5 Casi possibili: cos = 1, cos = -1, cos = 0 , cos >0, cos <0.

Concetto di componente della forza parallela allo spostamento le formule inverse.

Esercizi chiave: p 392 nr 1-3 ; e p 371 nr 1-4. NB: Il lavoro nei casi a velocità costante: dipende se una sola forza o più forze

Caso verticale a velocità costante:

• se v = costante, perché le forze non sono nulle?

• spostamento verso l'alto, segno del lavoro esterno e del lavoro di P

• spostamento verso il basso

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Esempio di sollevamento lungo una scalinata - Videolezione

• Quale direzione e modulo deve avere la forza equilibrante se la velocità è costante, indipendentemente dalla traiettoria?

• Come è collegato il dislivello verticale allo spostamento?

• Come sono tra loro i lavori della forza equilibrante e della forza peso?

• Come cambiano i segni dei lavori in fase di sollevamento rispetto alla discesa?

Esercizi sul sollevamento:

• p 392 nr 5, spiegandolo

• gialli p 371 nr 5 e 6 e 7

Videolezione

• Perché il lavoro dell'attrito ha un segno determinato? Quale?

• in caso di più forze, come si definisce il lavoro totale? Di che tipo di somma si tratta: valori assoluti, algebrica o vettoriale?

• Si può parlare di lavoro della risultante delle forze? Come è collegato al lavoro "totale"? Come deve essere diretta la risultante delle forze in caso di traiettoria rettilinea?

Esercizi su lavoro attrito e lavoro con più forze: ..... (da selezionare)

Quale relazione tra velocità finale e Lavoro, in caso di forza costante?

Dalla "terza formula" del MUA al teorema "dell'energia cinetica" e Definizione di Energia cinetica. Formule inverse

• Qual è la definizione di energia cinetica K di un oggetto? Cosa intendiamo per variazione di K?

• formula inversa: trovare velocità conoscendo K.

• formula inversa: trovare Kf conoscendo Ki e ΔK

Video-spiegazione (by Elia Rampi/Fisica Fast) : https://youtu.be/KNYCskvOhIE

• Cosa afferma esattamente il Teorema dell'energia cinetica? Che L = ΔK oppure che ΔK = Kf - Ki?

  • formula inversa: trovare v finale conoscendo v iniziale, m e il L.

Esperimento (by Fisica in Video): https://www.youtube.com/watch?v=6wDV1ZgaHt4

Esercizi Gialli p 380 nr 1-5

Video-spiegazione dal canale "Matematica e Fisica: https://youtu.be/n7JM7ExZvmw

rif. B-376

• esercizio forza costante e lineare video-spiegazione (es 6 - B 380)

Lavoro di una forza costante a tratti

rif. B-396 esercizi nr 28 e 29

• video-spiegazione

Video-spiegazione (lezione 10.02) - rif. B 376-377 - N.B.: formula generale fornita dal docente

esercizi volume biennio

• (molla orizzontale rispetto equilibrio) p 397 nr 44 e 47

• molla orizzontale tra due posizioni diverse da equilibrio: nr 49

• molla verticale: nr 48

Non è abbastanza chiaro? Rinforzo: spiegazione del canale "Matematica e Fisica": https://youtu.be/O0IFts4zVHA

RIF Biennio:

• Potenza media p 378 + PROVA TU 5 p 379

• Potenza istantanea p 379-380. Esercizi gialli p 380 nr 9-13

Video-spiegazione in pillole (Fisica Fast): https://www.youtube.com/watch?v=D53N_jXdw0s

• definizione di potenza media, unità di misura (watt), simbolo ecc. Formule inverse.

• cosa misura il kilowattora (kWh), quale equivalenza con il joule? Quanti Joule sono 32 kWh? Quanti kWh servono per fare 500 J?

• Perché la bolletta della luce fa pagare i kWh, ed il contatore si classifica in kW? Compito: stampare una bolletta della luce dalla mail dei genitori e determinar eil consumo in kWh dell'ultima bolletta.

• Potenza istantanea: definizione? Quando si utilizza? Perché è comoda per fare calcoli con automobili e motociclette?

• ricerca: come si definisce un "cavallo - potenza" ? (simbolo CV). A quanti watt corrisponde una potenza di 110CV?

• Compito 2: fotografare il libretto di circolazione dell'automobile di genitori e estrarre la potenza in cavalli della vostra auto.

RIF Biennio p 381-385 + problemi gialli p 385 e problemi svolti 4 e 5 p 383 e 385 + PROVA TU p 384

Video-spiegazione (by SBS): https://youtu.be/za-zIW8pp5E

Domande-guida:

• Tutte le forze sono conservative? quali esempi studiamo? qual è la "condizione"/definizione generale astratta? (parole chiave: indipendenza dal percorso... di cosa?) Perché l'attrito non sarà mai una forza conservativa?

• Energia potenziale di una forza conservativa: quale simbolo? Quale sarà la sua caratteristica peculiare:
  che dipende: dalla velocità, dal percorso, dalla posizione occupata o dal tempo impiegato a raggiungerla?

• ΔU = Uf - Ui o ΔU = - L: quale formula è la definizione di Δ e quale la definizione di U?

• Il lavoro "- L" che vi compare è compiuto dalla forza conservativa o dalla forza esterna che la equilibra?
  (riprendere in classe)

• Quali formule per la ΔU peso? E per la ΔU elastica? (in classe: formula generale con x_i ≠ 0)

• Convenzioni da ΔU a U: in quali posizione la U peso = 0? E la U elastica?

Riferimenti:

• B-386: Def. En Meccanica + Legge di conservazione quando L_tot = L_cons (L_nc = 0)

• https://youtu.be/muKBjsiDP94 (Def. Energia Meccanica by fisica Mattei - molto prolisso, dopo 10 min si dilunga su def energia potenziale)

• Problema BASE con Peso: B-387-388 (senza situazionii intermedie) + gialli B-390

• Problema BASE con molla orizzontale: B-399 problemi nr 57 e 58 (senza situazioni intermedie) e T-190 + prova TU 192

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Le Quattro (+1) formulazioni di Emecc = costante

1. Ei = ....? [= Ef]

2. Ki +Ui = ............ ? [= Kf + Uf]

3. ΔE = ... ? [ = 0]

4. ΔU = ?.... [ = - ΔK]

5. in che condizioni Uf = Kf e quando invece Kf = Ui?

Problemi BASE su Conservazione Emecc

Con forza peso in situazioni intermedie:

• • • MUST un oggetto di massa 0,56 kg parte da FERMO da altezza 1,2 m. Calcolare trascurando attrito aria:

      • sua energia meccanica ad altezza h = 0,75 m e poi quando è a terra.

      • SOLTANTO DOPO, Kcin e U quando è a 0,75 m e quando è a terra.

    • B-399 nr 59 (peso con anche situazione intermedia)

    • TRIENNIO 188-189 + prova TU (lancio baseball)

Con forza elastica orizzontale in situazioni intermedie:

• • • esercizio dettato in fondo ai video di riepilogo nella sezione formulari

  • video esercizi Mattei: https://youtu.be/AFiVFr54rRk

Video-spiegazioni:

• su Conservazione energia meccanica (Mattei): https://youtu.be/AFiVFr54rRk

• esempio generale con Peso ed Elastica (Mattei): esempio: https://youtu.be/_30sif2eJsk

• esperimento conservazione energia meccanica https://www.youtube.com/watch?v=ncbw5tMx1ks

E meccanica in presenza di forze NON CONSERVATIVE: Lnc [rif. T-193]

• • Spiegazione sul ruolo di Lnc: https://youtu.be/spW4VB7LnGk?t=599

    • In quali condizioni l'energia MECCANICA non si conserva? (quando il lavoro di un certo tipo....)

    • cosa accade se c'è un lavoro non conservativo tipo l'attrito?

    • cosa accade se c'è un lavoro non conservativo positivo?

PLUS:

• La dimostrazione del teorema "lavoro-energia": p T-193

• • Energia interna ed energia totale: perché si parla di conservazione dell'energia TOTALE pure in presenza di forze non conservative? (T- 194)

  • Variazione di Energia Meccanica in presenza di FORZE ESTERNE (sistema non isolato): T-196.

Problemi BASE:

• Problema del guanto nella neve: B-389 + Prova tu p 390

• Molla orizzontale con attrito: T-196-197 + Prova Tu

• Profondità da salto dal trampolino: B-400 nr 61 (svolto) e 62

• Esercizi SBS Lavoro - Potenza - Energia cinetica: https://youtu.be/3gIypTJB0ko
  (Ripasso teoria by SBS: https://youtu.be/t1Kcbba04Xs )

• Esercizi SBS Energia meccanica e conservazione: https://youtu.be/8iiQrE2mfbQ
  (Ripasso teoria by SBS: https://youtu.be/30dsmWZ33gU )

Problemi con molle verticali ed energia potenziale

Qual è la chiave? Che ci sono DUE energie potenziali

- Esercizio p 399 BIENNIO nr 56 (molla verticale) - corretto in classe.

- Esercizio p 214 TRIENNIO nr 44 (molla verticale, en elastica con raddoppio massa) - corretto on classe.

- Problema N 6 "Bungee Jumping" di pag 401 BIENNIO

Lavoro Non Conservativo

T-218 nr 77 (attrito nell'acqua con posizioni intermedie), 78 (svolto), 79 (pattinatore - video esercizio)
Sfida nr 82 T-219 (montagne russe con attrito)

• Dalla def lavoro al lavoro della forza elastica Video by ME

• Dalla def di energia potenziale alla conservazioned elal E meccanica Video by ME

• Variazione di E mecc con lavoro conservativo e Potenza: rivedere sezioni specifiche di QUESTA PAGINA.

Altre risorse per ripassare la teoria:

• Ripasso Teoria (SBS) su Lavoro- Potenza - Energia cinetica: https://youtu.be/t1Kcbba04Xs

• Ripasso Teoria (SBS) su Forze conservative e Conservazione En Meccanica