Unità 10 L’ENERGIA E LE SUE FORME

2 Energia cinetica ed energia potenziale

Che cos’è l’energia cinetica? 
Un corpo fermo possiede energia? 
Quale energia hanno i corpi elastici? 

Quando un corpo in movimento ne urta un altro che sia libero di muoversi lo sposta, cioè produce lavoro. Questo accade perché un corpo in moto possiede energia, per la precisione possiede energia cinetica, o di movimento.
L’energia cinetica di un corpo è tanto più grande quanto maggiori sono la sua massa e la sua velocità: essa è direttamente proporzionale alla massa del corpo e al quadrato della sua velocità.


Energia cinetica

Per esempio, una boccia che ha massa doppia rispetto a un'altra, urtando uno stesso corpo, produce uno spostamento doppio; una boccia che ha una massa uguale a un'altra, ma che viene lanciata a velocità doppia, urtando uno stesso corpo, produce uno spostamento quadruplo.

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Abbiamo visto che l’energia cinetica di un corpo in movimento è direttamente proporzionale alla sua massa e al quadrato della sua velocità. Questo significa che un automezzo con massa doppia rispetto a un altro ha anche energia cinetica doppia, ma soprattutto che guidare a velocità doppia significa quadruplicare la propria energia cinetica. Ecco perché un’auto lanciata ad alta velocità è molto pericolosa: in caso di incidente, il suo impatto scarica una quantità enorme di energia cinetica. Se poi lo scontro è frontale, l’energia cinetica dei due automezzi si somma. Questa è la ragione per cui è consigliabile viaggiare a velocità moderata, rispettando sempre la distanza di sicurezza in modo da avere tutto lo spazio necessario a fermarsi.

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Se l’energia cinetica posseduta da un corpo dipende dalla velocità con cui si sta spostando, possiamo affermare che un corpo fermo non possiede energia cinetica. Questo non significa però che sia del tutto privo di energia.
Infatti, se un corpo è posto a una certa altezza possiede una forma diversa di energia, chiamata energia potenziale gravitazionale, o di posizione, dovuta alla sua posizione, alla sua massa e all’attrazione gravitazionale.
Un corpo posto a una certa altezza, infatti, se lasciato cadere acquista velocità, quindi energia cinetica, e diventa così in grado di compiere un lavoro. Questa energia è detta potenziale, proprio perché si tratta di qualcosa che è possibile che si manifesti, ma che non si è ancora realizzato, ed è detta gravitazionale perché è causata dalla forza di gravità.
L’energia potenziale gravitazionale è direttamente proporzionale all’altezza alla quale un corpo si trova ed è direttamente proporzionale anche alla massa del corpo.


Energia potenziale gravitazionale


La formula ci dice che se un corpo sospeso viene lasciato cadere acquista tanta più energia quanto maggiori sono la sua massa e l’altezza da cui cade: una boccia di massa doppia a quella di un’altra, a parità di altezza, ha energia potenziale gravitazionale doppia, mentre a parità di massa, una stessa boccia posta a un’altezza doppia ha energia potenziale gravitazionale doppia.
Esiste un altro tipo di energia potenziale, chiamata energia potenziale elastica, che è l’energia posseduta da un corpo elastico che viene deformato da forze esterne.
Tendendo un arco (8), per esempio, si esercita una forza che lo deforma e lo carica di un’energia che si manifesta solo quando viene lasciato libero di riprendere la sua forma: l’energia elastica accumulata si trasforma allora nell’energia cinetica impressa alla freccia.


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  Uso le domande guida  
  • Quale tipo di energia possiede un corpo in moto?

  • L’energia potenziale gravitazionale aumenta o diminuisce con l’altezza?

  • In quale tipo di energia si trasforma l’energia potenziale gravitazionale?

  • Che cos’è l’energia potenziale elastica?

  fare per imparare  

SPERIMENTIAMO ›› FACCIAMO "LAVORARE" L’ENERGIA POTENZIALE

OCCORRENTE

2 assi di legno; alcuni libri; un modellino di automobile; una bottiglia d’acqua di plastica da mezzo litro e una da un litro e mezzo; una matita; un metro.

TEMPO NECESSARIO

30 minuti.

COME PROCEDERE

Per prima cosa realizziamo sul pavimento un piano inclinato, per esempio sistemando alcuni libri sotto l’estremità di un asse (larga almeno 50 cm, e lunga più o meno altrettanto). Poniamo poi in fondo al piano inclinato un altro piano orizzontale delle stesse dimensioni. Su questo secondo piano, subito accanto al punto d’incontro con il piano inclinato, posizioniamo il modellino di automobile. Lasciamo scivolare la bottiglia da mezzo litro lungo il piano inclinato (1), in modo che in fondo allo stesso urti il modellino (2). Subito dopo l’urto fermiamo la bottiglia. L’automobilina sarà spinta a una certa distanza; segniamola con la matita, misuriamo con il metro e prendiamo nota dello spostamento prodotto (3). Osserviamo quello che è accaduto: prima di cominciare la sua corsa, la bottiglia, posta a una certa altezza, possiede energia potenziale gravitazionale; quando la lasciamo scivolare, questa energia si trasforma in energia cinetica e, quando la bottiglia colpisce il modellino, compie un lavoro. Misurando lo spostamento possiamo avere un’indicazione del lavoro compiuto (ma non ne stiamo effettuando una misurazione vera e propria, dato che L = F × s e noi stiamo considerando solo lo spostamento). A questo punto riposizioniamo il modellino e ripetiamo la prova, questa volta con la bottiglia da un litro e mezzo. Misuriamo lo spostamento prodotto e verifichiamo che è maggiore, perché l’energia cinetica e l’energia potenziale gravitazionale sono direttamente proporzionali alla massa del corpo: un corpo di massa maggiore produce quindi maggiore energia cinetica che, a sua volta, può compiere una maggiore quantità di lavoro. Se abbiamo effettuato misurazioni sufficientemente accurate, lo spostamento della bottiglia da un litro e mezzo dovrebbe essere circa il triplo di quello della bottiglia da mezzo litro, dato che questo è il rapporto tra le rispettive masse.

Scienze evviva! - volume A
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