- Che cos'è il lavoro meccanico?
- Caratteristiche del lavoro meccanico
- Formula del lavoro meccanico
- Tipi di lavorazioni meccaniche
- Esempi di lavoro meccanico
Spieghiamo cos'è il lavoro meccanico in fisica, le sue caratteristiche e la formula per calcolarlo. Inoltre, quali tipi esistono ed esempi.
Che cos'è il lavoro meccanico?
In fisico, e più precisamente nel ramo del meccanica, si intende per lavoro meccanico (o semplicemente lavorato) all'azione di a forza su un corpo a riposo movimento, in modo da produrre a Dislocamento nel corpo proporzionale al Energia investito nella forza che lo muove. In altre parole, il lavoro meccanico è la quantità di energia trasferita a un corpo da una forza che agisce su di esso.
Il lavoro meccanico è grandezza scalare, che di solito è misurato in Sistema internazionale (SI) tramite joule o joule (J) ed è rappresentato dalla lettera W (dall'inglese opera, "Lavorato"). Inoltre, si parla spesso di lavoro positivo o negativo a seconda che la forza trasferisca energia all'oggetto (lavoro positivo) o la sottragga (lavoro negativo). Così, ad esempio, chi tira una palla fa un lavoro positivo, mentre chi la prende fa un lavoro negativo.
Caratteristiche del lavoro meccanico
Il lavoro meccanico è caratterizzato da:
- È una magnitudine scalare, che si misura in joule (cioè chilogrammi per metro quadrato divisi per un secondo quadrato) ed è rappresentata dalla lettera W.
- Dipende direttamente dalla forza che lo provoca, cosicché perché ci sia lavoro meccanico su un corpo, deve esserci una forza meccanica applicata ad esso lungo un percorso definito.
- Nel linguaggio corrente, il termine “lavoro” è usato per definire quell'attività meccanica la cui prestazione consuma una certa quantità di energia.
- Il trasferimento di calore (energia calorica) non è considerata una forma di lavoro, anche se consiste in un trasferimento di energia.
Formula del lavoro meccanico
La formula più semplice per calcolare il lavoro di un corpo mosso da una forza è solitamente la seguente:
W = F x d
dove W è il lavoro svolto, F è la forza che agisce sul corpo e D è la distanza di spostamento subita dal corpo.
Tuttavia, la forza e la distanza sono generalmente considerate grandezze vettoriali, che richiedono un certo orientamento nello spazio. Pertanto, la formula di cui sopra può essere riformulata per includere tale orientamento, come segue:
W = F x d x cos𝛂
dove il coseno di alfa (cos𝛂) determina l'angolo tra la direzione in cui viene applicata la forza e la direzione in cui l'oggetto si muove di conseguenza.
Tipi di lavorazioni meccaniche
Il lavoro meccanico può essere di tre tipi, a seconda se aggiunge, sottrae o mantiene il livello di energia nel corpo in movimento. Possiamo quindi parlare di:
- Lavoro positivo (W > 0). Si verifica quando la forza apporta energia all'oggetto in questione, producendo uno spostamento nella stessa direzione in cui è stata applicata la forza. Un esempio potrebbe essere un giocatore di golf che colpisce una palla con la mazza e la fa volare per diversi metri, o un giocatore di baseball che colpisce una palla in movimento, modificando la traiettoria che aveva.
- Lavoro zero (W = 0). Si verifica quando la forza applicata non produce alcuno spostamento nell'oggetto, anche se sta consumando energia nel processo. Un esempio potrebbe essere una persona che spinge un mobile molto pesante senza farlo muovere di un centimetro.
- Lavoro negativo (W < 0).Si verifica quando la forza applicata sottrae energia all'oggetto in questione, resistendo al movimento che l'oggetto ha già portato o riducendone lo spostamento. Un esempio di questo potrebbe essere un giocatore di baseball che prende la palla lanciata da un altro, impedendogli di continuare la sua traiettoria; oppure una persona che si trova davanti a un oggetto che cade da una collina e, pur non potendo fermarlo completamente, riesce a rallentarne la caduta.
Esempi di lavoro meccanico
Alcuni esempi di lavorazioni meccaniche sono:
- In una partita di calcio, l'arbitro tira un rigore e Lionel Messi calcia il pallone verso la porta, con una forza di 500N, facendolo muovere di circa 15 metri senza toccare terra. Quanto lavoro hai impiegato per segnare quel gol?
Risposta: applicando la formula W = F x d, abbiamo che Messi ha fatto un lavoro di 500N x 15m, cioè un lavoro equivalente a 7500 J.
- Un treno si dirige a sud a tutta velocità, dirigendosi verso un'auto bloccata sui binari. Un supereroe, rendendosi conto del pericolo, decide di mettersi di fronte alla locomotiva e interromperne l'avanzamento. Considerando che il treno porta con sé una forza di 20.000 N, che il supereroe è invulnerabile e che la locomotiva si trova a 700 metri dal vagone intrappolato, quanto lavoro deve fare il supereroe per fermarlo?
Risposta: Poiché la frenata della locomotiva richiede almeno 20.000 N in senso contrario, e il supereroe vorrebbe lasciare un margine di almeno 2 metri tra locomotiva e carrozza intrappolata, sappiamo che deve applicare un lavoro pari a 20.000 N x 698 m, cioè un'opera negativa di 13.960.000 J.