Energia cinetica ed energia potenziale

Energia cinetica

Un corpo ha energia cinetica quando è in movimento. Pertanto, l'energia cinetica sarà tanto maggiore quanto più grandi sono la massa e la velocità di un corpo.

L'energia cinetica di un corpo si può esprimere come:

$E_c=\dfrac{1}{2}mv^2$

Dove $E_k$ indica l'energia cinetica, $m$ la massa dell'oggetto e $v$ la sua velocità.

Esempio

Indica se le seguenti affermazioni sono false o vere:

(a) Due auto con la stessa massa hanno sempre la stessa energia cinetica.

(b) se un'auto $A$ ha una massa maggiore di un'auto $B$ ed entrambe le auto si muovono alla stessa velocità, $E_c(A)>E_c(B)$ .

L'affermazione a) è falsa perché l'energia cinetica dipende anche dalla velocità. Anche se le due auto hanno la stessa massa, possono muoversi a velocità diverse e avere valori diversi di energia cinetica.

L'affermazione b) è vera perché se le due auto hanno la stessa velocità, quella con massa maggiore avrà anche più energia cinetica.

Energia potenziale

Nel caso dell'energia potenziale, il corpo può essere in movimento o a riposo; questa non è direttamente collegato al movimento, ma alla possibilità di un corpo di muoversi a causa della presenza di forze.

Energia potenziale gravitazionale

È un tipo di energia potenziale che dipende dalla massa del corpo e dalla sua altezza rispetto a una superficie di riferimento. Maggiori sono queste quantità, maggiore è il valore dell'energia potenziale gravitazionale.

L'energia potenziale di un corpo si può esprimere come:

$E_p=mgh$

Dove $E_p$ indica l'energia potenziale gravitazionale, $m$ la massa dell'oggetto, $g$ l'accelerazione gravitazionale, $h$ l'altezza dell'oggetto da terra.

Esempio

Osserva le seguenti immagini. Indica come varia l'energia potenziale in ogni caso.

Fisica; La dinamica del punto; 2a superiore; Energia cinetica ed energia potenziale

Nell'immagine A, $E_p(1) > E_p(2)$ perché, poiché entrambe le sfere vengono lasciate cadere dalla stessa altezza, il valore dell'energia potenziale dipenderà dalla massa e quindi dal fatto che $m_1>m_2$ .

Nel caso dell'immagine B, l'energia potenziale dipenderà solo dall'altezza perché la sfera mantiene la sua massa. Pertanto, l'energia potenziale della sfera sarà maggiore quando la sua altezza sarà maggiore.

Energia potenziale elastica

L'energia potenziale elastica è un tipo di energia potenziale associata alla deformazione degli oggetti. Maggiore è la deformazione degli oggetti, maggiore è la loro energia potenziale elastica.

L'energia potenziale elastica di un corpo si può esprimere come:

$E_p=\dfrac{1}{2}k {\Delta l}^2$

Dove $k$ indica la costante elastica della molla e $\Delta l$ la deformazione a cui è soggetta.

Esempio

Nella seguente animazione puoi vedere una molla che viene compressa e poi rilasciata. In quale momento la molla ha un'energia potenziale maggiore?

Fisica; La dinamica del punto; 2a superiore; Energia cinetica ed energia potenziale

Poiché maggiore è la deformazione, maggiore è il valore dell'energia potenziale elastica, la molla compressa avrà un'energia potenziale rospetto a qualsiasi altro istante dell'azione.

Trasformazioni energetiche

Ci sono situazioni in cui l'energia cinetica e l'energia potenziale gravitazionale possono convertirsi l'una nell'altra.

Trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale in energia cinetica

Quando l'altezza diminuisce, l'energia cinetica aumenta.

Esempio

Nell'animazione seguente puoi vedere come una palla, lasciata cadere a una determinata altezza, aumenta la sua velocità al diminuire dell'altezza. Pertanto, si verifica una trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale in energia cinetica.

Fisica; La dinamica del punto; 2a superiore; Energia cinetica ed energia potenziale

Trasformazione dell'energia potenziale cinetica in energia potenziale gravitazionale

Quando la velocità diminuisce, l'energia potenziale gravitazionale aumenta.

Esempio

Se lanci una palla in aria, come puoi vedere nell'animazione, l'altezza aumenta al diminuire della velocità, il che indica che c'è una trasformazione dell'energia cinetica in energia potenziale gravitazionale.

Fisica; La dinamica del punto; 2a superiore; Energia cinetica ed energia potenziale