In fisica, i termini lavoro ed energia indicano grandezze ben precise, in relazione tra loro secondo leggi matematiche.
Il LAVORO di una forza è il prodotto della forza applicata per lo spostamento che essa provoca nella stessa sua direzione. Il lavoro è direttamente proporzionale all’intensità della forza e allo spostamento prodotto.
L’unità di misura del lavoro nel SI è il joule (J).
Si definisce ENERGIA la capacità di un corpo di compiere lavoro. Per compiere un lavoro, dunque, qualsiasi corpo deve possedere energia.
Poiché l’energia è la capacità di compiere un lavoro, essa ha la stessa unità di misura del lavoro: il joule. Un’energia pari a 1 joule permette di compiere un lavoro di 1 joule.
L’energia può assumere diverse forme. Tra i diversi
TIPI DI ENERGIA ci sono, in particolare, l’energia cinetica, l’energia termica, l’energia elettrica e l’energia chimica.
La grandezza che esprime il rapporto tra il lavoro compiuto da una forza e il tempo impiegato per compierlo è la
POTENZA, la cui unità di misura nel SI è il watt (W). Potenza e lavoro sono direttamente proporzionali, mentre potenza e tempo sono inversamente proporzionali.
ENERGIA CINETICA ED ENERGIA POTENZIALE
Quando un corpo è in movimento 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.
Un corpo fermo non possiede energia cinetica, ma questo non significa che sia privo di energia. Se, per esempio, è posto a una certa altezza, un corpo possiede una forma diversa di energia, chiamata
ENERGIA POTENZIALE
GRAVITAZIONALE, o di posizione, dovuta alla sua posizione, alla sua massa e all’attrazione gravitazionale. Infatti, se lasciato cadere, quel corpo acquisterà velocità e quindi energia cinetica, diventando così in grado di compiere un lavoro.
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.
LE TRASFORMAZIONI DELL’ENERGIA
L’energia è una grandezza che ha la capacità di assumere diverse forme, cioè di TRASFORMARSI continuamente.
In un corpo in caduta libera, durante la caduta l’energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica. Quello che accade è espresso dal PRINCIPIO DI
CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA MECCANICA, secondo il quale la somma dell’energia potenziale e dell’energia cinetica di un corpo, chiamata energia meccanica, resta costante.
Il principio di conservazione dell’energia meccanica vale in assenza di attrito: in presenza di attrito, una parte dell’energia cinetica si trasforma in ENERGIA TERMICA. L’energia termica, infatti, è la forma nella quale le altre forme di energia tendono a trasformarsi.
Se, oltre all’energia meccanica, consideriamo anche quella termica, possiamo ampliare il principio di conservazione dell’energia meccanica, ottenendo una legge valida per l’energia in generale: si tratta di una delle leggi fondamentali della scienza, il PRINCIPIO DELLA CONSERVAZIONE
DELL’ENERGIA, secondo il quale l’energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma. Questo principio è noto anche come primo principio della termodinamica.
In base al SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA non è possibile trasformare completamente l’energia termica in energia meccanica, e una parte di essa viene sempre dispersa sotto forma di calore, come accade anche nelle macchine termiche.