In fisica si parla di lavoro su un oggetto ogni volta che una forza agisce su di esso per provocarne lo spostamento.
Il lavoro comporta quindi una forza che agisce su un oggetto per causare uno spostamento. In tutti i casi in cui il lavoro è fatto, c'è un oggetto che fornisce la forza per fare il lavoro.
Se per esempio un libro viene sollevato sul ripiano superiore di una libreria da uno studente, lo studente fornisce la forza per fare il lavoro sul libro.
Un altro esempio: se un aratro viene spostato attraverso un campo, una qualche forma di attrezzatura agricola (di solito un trattore o un cavallo) fornisce la forza per eseguire il lavoro sull'aratro.
In tutti i casi, un oggetto che possiede una qualche forma di energia fornisce la forza per fare il lavoro. Nei casi qui descritti, gli oggetti che eseguono il lavoro (uno studente, un trattore) possiedono energia chimica potenziale immagazzinata in cibo o carburante che si trasforma in lavoro.
Nel processo di lavoro, l'oggetto che sta facendo il lavoro scambia energia con l'oggetto su cui è fatto il lavoro. Quando il lavoro è fatto sull'oggetto, quell'oggetto guadagna energia. L'energia acquisita dagli oggetti su cui viene fatto il lavoro è conosciuta come energia meccanica.
L'energia meccanica è l'energia che un oggetto possiede per il suo movimento o per la sua posizione.
L'energia meccanica può essere cinetica (energia di movimento) o potenziale (energia di posizione accumulata).
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Gli oggetti hanno energia meccanica se sono in movimento e/o se si trovano in una posizione di energia potenziale zero (ad esempio, un mattone tenuto in posizione verticale sopra il suolo o in posizione di altezza zero).
Un'automobile in movimento possiede energia meccanica grazie al suo movimento (energia cinetica). Un bilanciere sollevato in alto sopra la testa di un sollevatore di pesi possiede energia meccanica grazie alla sua posizione verticale dal suolo (energia potenziale gravitazionale). Un arco possiede energia meccanica grazie alla sua posizione allungata (energia potenziale elastica).
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L'energia meccanica come capacità di lavorare
Un oggetto che possiede energia meccanica è in grado di lavorare. Infatti, l'energia meccanica è spesso definita come la capacità di lavorare. Qualsiasi oggetto che possiede energia meccanica - sia sotto forma di energia potenziale che di energia cinetica - è in grado di lavorare. Cioè, la sua energia meccanica permette a quell'oggetto di applicare una forza ad un altro oggetto per provocarne lo spostamento.
Si possono fornire numerosi esempi di come un oggetto con energia meccanica possa sfruttare tale energia per applicare una forza e provocare lo spostamento di un altro oggetto.
Un esempio classico è la pesante sfera una macchina da demolizione.
La palla che rompe è un oggetto massiccio che viene fatto oscillare da una posizione alta che le permette di oscillare in avanti verso la struttura dell'edificio o di altri oggetti al fine di demolirlo.
In caso di urto con la struttura, la sfera esercita su di essa una forza che provoca la rottura della parete della struttura.
Anche un martello è uno strumento che utilizza l'energia meccanica per fare il lavoro.
L'energia meccanica di un martello dà al martello la sua capacità di applicare una forza ad un chiodo per provocarne lo spostamento. Poiché il martello ha energia meccanica (sotto forma di energia cinetica), è in grado di fare il lavoro sul chiodo. L'energia meccanica è la capacità di lavorare.
Un altro esempio che illustra come l'energia meccanica è la capacità di un oggetto di fare il lavoro può essere visto una sera presso una pista da bowling.
L'energia meccanica di una palla da bowling dà alla palla la possibilità di applicare una forza ad un birillo per provocarne lo spostamento. Poiché la sfera massiccia ha energia meccanica (sotto forma di energia cinetica), è in grado di lavorare sul birillo. L'energia meccanica è la capacità di lavorare.
Una pistola giocattolo che spare frecce è ancora un altro esempio di come l'energia meccanica di un oggetto può fare il lavoro su un altro oggetto. Quando una pistola è caricata e le molle sono compresse, possiede energia meccanica.
L'energia meccanica delle molle compresse dà alle molle la possibilità di applicare una forza al dardo per provocarne lo spostamento. A causa delle molle hanno energia meccanica (sotto forma di energia potenziale elastico), è in grado di fare il lavoro sula freccia. L'energia meccanica è la capacità di lavorare.
Una scena comune in alcune parti della campagna è un "parco eolico". I venti ad alta velocità vengono utilizzati per i lavori sulle pale di una turbina del cosiddetto parco eolico.
L'energia meccanica dell'aria in movimento dà alle particelle d'aria la possibilità di applicare una forza e causare uno spostamento delle pale.
Da leggere: Come funzionano le pale eoliche
Mentre le pale girano, la loro energia viene successivamente convertita in energia elettrica (una forma non meccanica di energia) e fornita alle case e alle industrie per far funzionare gli elettrodomestici.
Poiché il vento in movimento ha energia meccanica (sotto forma di energia cinetica), è in grado di lavorare sulle pale. Ancora una volta, l'energia meccanica è la capacità di lavorare.
L'energia meccanica totale
Come già accennato, l'energia meccanica di un oggetto può essere il risultato del suo movimento (energia cinetica = KE) e/o il risultato della sua energia di posizione immagazzinata (energia potenziale = PE).
La quantità totale di energia meccanica è semplicemente la somma dell'energia potenziale e dell'energia cinetica. Questa somma è semplicemente indicata come energia meccanica totale (abbreviata TME).
TME = PE + KE
Come discusso in precedenza, ci sono due forme di energia potenziale discusse nel nostro corso - energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale elastica. Per questo motivo, l'equazione di cui sopra può essere riscritta:
TME = PEgrav + PEspring + KE
Ci sono condizioni in cui l'energia meccanica totale sarà un valore costante e condizioni in cui sarà un valore variabile.
Per ora, è sufficiente ricordare che l'energia meccanica totale è l'energia posseduta da un oggetto a causa del suo movimento o la sua energia immagazzinata di posizione.
La quantità totale di energia meccanica è semplicemente la somma di queste due forme di energia.
Infine, per riassumere quanto già detto più volte, un oggetto con energia meccanica è in grado di lavorare su un altro oggetto.
