Lavoro Potenza ed Energia

Rubrica: Utilità di ingegneria

Titolo o argomento: Definizione di lavoro, potenza ed energia. Relazione tra le grandezze.

Ricevendo molte e-mail nelle quali tali concetti vengono frequentemente confusi tra loro o interpretati in modo non sempre esatto, ho pensato che potesse esser utile ai lettori questo articolo. Specie a tutti coloro che sono appassionati di ricerche “fai da te” e si cimentano in piccoli-grandi progetti, frutto del proprio genio creativo, nel garage di casa.

Lavoro

Si parla di lavoro tutte le volte che, applicando una forza (di qualsiasi tipo), si ottiene lo spostamento di un corpo. Se a tavola ti chiedono di passare il cesto del pane, tu compi un “lavoro” nel spostarlo da un punto all’altro della tavola stessa.

Il lavoro “L” è una grandezza scalare (vedi l’articolo: Grandezze scalari – Grandezze vettoriali) uguale al prodotto della forza applicata “F” per lo spostamento “s” misurato nella stessa direzione della forza. La relazione seguente esprime la diretta proporzionalità tra lavoro, forza e spostamento. L’unità di misura del lavoro è espressa in joule: 1 joule equivale al lavoro compiuto da una forza di 1 Newton per spostare un corpo di 1 metro. Pertanto 1 joule = 1 Nm.

L = F · s

L (J) = F (N) · s (m)

Potenza

Il lavoro che compie una forza non dipende dal tempo impiegato, tuttavia è utile sapere il tempo che si impiega per effettuare un determinato lavoro. La maggiore o minore rapidità di una forza nel fare un certo lavoro si esprime con un’altra importante grandezza: la potenza.

La potenza “P” è il rapporto tra il lavoro compiuto “L” ed il tempo “t” impiegato nel compierlo. L’unità di misura della potenza è espressa in watt: 1 watt equivale alla potenza che è capace di esprimere il lavoro di 1 joule in 1 secondo. Pertanto 1 watt = 1 J/s.

P = L / t

P (W) = L (J) / t (s)

Energia

L’energia è la proprietà posseduta da qualsiasi corpo che è in grado di compiere un lavoro. Movimento, calore, suono, luce, elettricità, magnetismo, ecc., sono fenomeni capaci di produrre lavoro e quindi misurabili in termini di energia. L’energia può essere di tipo potenziale “E_p” (immagina ad esempio una pallina ferma sulla sommità di un tavolo, se un’azione la muove oltre l’orlo essa cade a terra compiendo un lavoro – oppure immagina una molla compressa in una scatola, è ferma eppure se apri la scatola si estende compiendo un lavoro), oppure può essere cinetica “E_c” (corpi in movimento, come ad esempio una pallina che si muove lungo un piano, o un pallone calciato, possiedono energia cinetica – dal greco kinesis = movimento). Come per il lavoro l’unità di misura dell’energia è espressa in joule.

E_p = m · g · h

E_p (J) = m (kg) · g (m/s²) · h (m)

E_c = (m · v²) / 2

E_c (J) = (m (kg) · v² (m²/s²)) / 2

Mettendo in relazione “forza e spostamento” ci addentriamo nel concetto di lavoro.
Se consideriamo anche il “tempo” possiamo esprimere il concetto di potenza.
Infine se consideriamo la “capacità di un corpo di compiere lavoro” allora parliamo di energia.