L’energia
Un nuovo modo per
descrivere i fenomeni
Un po’ come guardare
dietro le quinte di uno
spettacolo teatrale ( LA
VITA!!)
Da quale tipo di osservazioni nasce il concetto di
energia?

C’è qualcosa che viene trasmesso? C’è qualcosa che si
conserva?
La lunga strada per scoprire le definizioni corrette
Filosofi antichi
es Democrito
(400 a.C.):
"Nulla deriva
dal niente e
niente decade
nel nulla
Cartesio
(1644):
la quantità di
moto p=mv
Leibniz
(1686):
forza viva (e
forza morta e
forza latente)
= mv2
Bernoulli
(1738):
la
conservazione
della vis viva
Carnot
(1824):
Le macchine
termiche
Etc….
Il lavoro
Il lavoro misura l'effetto utile di una forza con uno
spostamento.
1) Forza e spostamento paralleli
(stessa direzione e verso).
Il lavoro è definito
W > 0: lavoro motore.
Il lavoro
Unità di misura del lavoro: il joule (J).
W = Fs perciò 1 joule = (1 N) x (1 m)
Una forza F = 1 N che produce produce
uno spostamento s=1 m compie un lavoro W = 1 J.
Il lavoro
2) Forza e spostamento antiparalleli
(stessa direzione e verso opposto).
Il guantone frena la palla.
Il lavoro è definito
W < 0: lavoro resistente.
Il lavoro
3) Forza e spostamento perpendicolari
La forza non influenza lo spostamento: né lo asseconda
né lo ostacola.
Il lavoro è nullo:
W = 0: lavoro nullo.
Il lavoro
La definizione di lavoro per una forza costante
Quando F e s non hanno la stessa direzione si
scompone il vettore F:
Il lavoro come prodotto scalare
Quindi, per la definizione di prodotto scalare, la
formula generale del lavoro di una forza costante è:
Ovvero
, dove  è l'angolo tra i due vettori.
Esempio 1
Qual è il lavoro compiuto da un uomo che trasporta una
valigia?
E’ nullo!!!
Non devo confondere la
grandezza fisica LAVORO con
l’idea di FATICA!!!
Esempio 2

Qual è il lavoro compiuto da un uomo che è fermo con
una valigia in mano?
E’ nullo!
Lo spostamento è nullo
Esempio 3
F = 20 N
ϑ = 60°
S = 100m
W=?
W = FS Cos = 20 N0,5100m =1000J
Formula goniometrica
F|| dipende dall’angolo  tra la forza F e lo spostamento
s. Per trovare F|| si può usare la funzione goniometrica
cos:
F|| = F cos
W = Fs cos 

La formula goniometrica W = Fs cos  contiene le
tre formule viste in precedenza:
La potenza
La potenza di un sistema fisico è il rapporto
tra il lavoro compiuto e il tempo necessario a svolgerlo:
Unità di misura della potenza: il watt (W)
Esempio

Il montacarichi ha una potenza maggiore del
muratore.
La potenza
Un watt è la potenza di un sistema che compie in un
secondo il lavoro di un Joule.
Una lampadina da 100 W assorbe in 1 s 100 J di
energia elettrica, che trasforma in energia luminosa e
calore.
Il lavoro per portare un corpo fermo ad una velocità v
Calcoliamo il lavoro compiuto da F:
; poiché v = at,
sostituendo si ha:
Dunque
Ma cos’è l’energia?
Un punto di vista semplice e pragmatico :
“C’è un fatto, o se volete, una legge, che governa tutti i
fenomeni naturali finora osservati. Non è nota alcuna
eccezione a questa legge. La legge si chiama conservazione
dell’energia. Essa stabilisce che esiste una certa quantità, che
chiamiamo energia, che non cambia nei molteplici
cambiamenti a cui la natura è soggetta. Si tratta di un’idea
astratta, espressa tramite una legge matematica; dice che c’è
una quantità numerica che non cambia quando succede
qualsiasi cosa. Non si tratta di una descrizione di un
meccanismo, o di qualcosa di concreto; è semplicemente la
constatazione di questo fatto strano: possiamo calcolare un
certo numero all’inizio, e poi ricalcolarlo dopo aver
osservato la natura agire con tutti i suoi trucchetti, e quel
numero rimarrà lo stesso.”
(Dalle lezioni di fisica di Richard Feynman, 1961)
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LA CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA DESCRITTA DA R. FEYNMAN
Immaginate che un bambino, il solito Pierino, abbia dei blocchi per le costruzioni, cubi assolutamente
indistruttibili e indivisibili, tutti uguali. Supponiamo ne abbia ventotto. Sua madre li ripone in una stanza
alla mattina; alla sera,curiosa, li conta e scopre una legge fenomenale: qualunque cosa Pierino abbia fatto
con i blocchi, ce ne sono ancora ventotto! Questo si ripete per un certo numero di giorni, finché un bel
giorno la mamma ne trova solo ventisette; fa una piccola ricerca, e ne scova uno sotto il tappeto: bisogna
cercare ovunque per assicurarsi che il numero sia sempre quello. Una sera, tuttavia, il numero sembra
cambiato davvero: ce ne sono solo ventisei. Un’accurata indagine rivela che la finestra era aperta, e
guardando nel giardino si scoprono i due blocchi mancanti, che Pierino aveva gettato via dalla finestra.
Un altro giorno ce ne sono trenta! Questo provoca un notevole sconcerto, finché non so scopre che l’amico
Gianni era venuto a far visita a Pierino portando con sé le sue costruzioni, e ha dimenticato qualche pezzo
nella stanza. La mamma getta via i blocchi in più, chiude la finestra, non lascia più venire Gianni a giocare, e
così per un certo tempo tutto funziona, finché una sera ne trova solo venticinque. Però nella stanza c’è uno
scatolone per i giocattoli; la mamma fa per aprirlo ma il bambino comincia a strillare: “Non aprire la mia
scatola!”. Così la mamma non può controllare cosa c’è dentro, ma, essendo molto curiosa e anche
ingegnosa, si fa venire in mente un piano. Sapendo che ogni cubo per le costruzioni pesa circa un etto, pesa
la scatola dei giochi una sera in cui vede tutti i ventotto cubi, e scopre che, vuota, pesa 500 grammi. La
prossima volta, per controllare se ci sono dentro dei cubi, dovrà togliere dal peso (P) della scatola 500
grammi e dividere per 100. In questo modo scopre quanto segue:
n° cubi visibili + (P – 500 g) / 100 g = costante
Poi trova qualche discordanza, ma uno studio accurato mostra che il livello dell’acqua nel lavandino è salito.
Il bambino getta i cubi nell’acqua, e la mamma non li vede perché l’acqua è torbida, ma può scoprire quanti
ce ne sono
aggiungendo un altro termine alla formula. Poiché prima l’altezza (H) dell’acqua era 15 centimetri e ogni
cubo fa alzare il livello di 6 millimetri, la nuova formula sarà:
n° cubi visibili + (P – 500 g) / 100 g + (H - 15 cm) / 0.6 cm = costante
Via via che aumenta la complessità del suo ambiente, la donna scopre un’intera serie di termini, che
rappresentano modi di calcolare quanti cubi ci sono in posti in cui non può guardare. Il risultato è una
formula complessa, una quantità da calcolare che rimane sempre la stessa in ogni situazione.
(R.P. Feynman- Sei pezzi facili- Adelphi)