Attività nel settore della fisica

Se spingi un libro su un tavolo finché non si muove, stai compiendo lavoro sul libro. Quando un oggetto cade sulla superficie terrestre perché viene tirato da una forza gravità La forza gravitazionale terrestre esercita lavoro sull'oggetto. Al contrario, se spingi un oggetto con tutte le tue forze fino a sudare copiosamente, ma l'oggetto non si muove, non hai compiuto alcun lavoro su di esso. Nella vita di tutti i giorni, si dice che hai fatto lavoro o che ti sei impegnato a fondo spingendo un oggetto, ma secondo la fisica, non hai compiuto alcun lavoro sull'oggetto perché l'oggetto non si è mosso (non si è mosso).

Sforzo Può essere esercitata da una forza costante (l'intensità e la direzione della forza rimangono sempre le stesse) o da una forza variabile (l'intensità e la direzione della forza cambiano). Un esempio di forza con intensità e direzione costanti è la forza gravitazionale che agisce su un oggetto vicino alla superficie terrestre. Un altro esempio di forza con intensità e direzione costanti è la forza di una molla. Se si allunga una molla, più la si allunga, più si esercita una forza, quindi l'intensità della forza non è costante man mano che la molla si allunga. Un altro esempio è quando un razzo si muove nello spazio: più è lontano dalla superficie terrestre, minore è la forza gravitazionale della Terra che agisce sul razzo.

1.1 Lavoro compiuto da una forza costante
Matematicamente, il lavoro svolto da una forza costante su un oggetto è il prodotto di perpindahan un oggetto su cui agisce una forza o una componente di forza nella stessa direzione dello spostamento dell'oggetto.

Lavoro svolto dalla forza di spinta (F):
W = (F)(s)(cos θ) = F s (cos 0) = F s (1) = F s
Il lavoro svolto dalla componente della forza F in direzione orizzontale (F cos θ):
W = (F cos θ)(s)(cos 0) = (F cos θ)(s)(1) = F s cos θ
Lavoro svolto dalla forza di attrito cinetico (fk):
W = (f_k cos θ)(s)(cos 180) = (f_k )(s)(-1) = – f_k s
Lavoro compiuto dalla forza normale (N):
W = (N)(s)(cos 90^o) = (N)(s)(0) = 0
Lavoro compiuto dalla gravità (w):
W = (w)(s)(cos 90^o) = (w)(s)(0) = 0
Descrizione: W = sforzo o lavoro (Joule), s = spostamento (metri), θ = angolo formato dalla forza con spostamento

Nell'esempio precedente, il lavoro svolto da gravità (w) ha un valore pari a zero perché la direzione della forza gravitazionale è perpendicolare (formando un angolo di 90°)^o) con la direzione dello spostamento (direzione del moto) dell'oggetto. Va notato che il lavoro compiuto dal peso non è nullo se la direzione della forza gravitazionale è uguale o opposta alla direzione dello spostamento.

Il lavoro svolto dalla forza di gravità (w) sull'oggetto in caduta libera nella figura a è:
W = F s (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
Il lavoro svolto dalla forza di gravità (w) sull'oggetto che si muove verticalmente verso l'alto nella figura b è:
W = F s (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh

Descrizione: w = peso (Newton), h = altezza (metri), m = massa (kg), g = accelerazione di gravità (metri al secondo quadrato)

Sulla base della spiegazione precedente, si possono trarre le seguenti conclusioni:
primaSe l'oggetto non subisce alcuno spostamento, la forza che agisce sullo spostamento non compie lavoro. Se s = 0, allora W = 0.
secondoSe la forza forma un certo angolo con lo spostamento dell'oggetto, allora solo la componente della forza nella direzione dello spostamento dell'oggetto compie lavoro sull'oggetto stesso.
terzoUna forza perpendicolare allo spostamento di un oggetto non compie lavoro sull'oggetto. Se la forza è perpendicolare allo spostamento, l'angolo formato è di 90°.^o. Cos 90^o = 0.
KeempatLo sforzo può essere positivo o negativo. Se la forza è nella stessa direzione dello spostamento dell'oggetto, l'angolo formato è 0^o quindi la forza compie lavoro positivo, viceversa se la forza è nella direzione opposta allo spostamento quindi l'angolo formato è 180^o quindi la forza compie lavoro negativo sull'oggetto.
Il lavoro compiuto da una forza costante su un oggetto mentre quest'ultimo subisce uno spostamento è pari all'area ombreggiata nel grafico della forza (F) e dello spostamento (s).
Il simbolo del lavoro è W (lettera maiuscola) mentre il simbolo del peso è w (lettera minuscola). L'unità di misura del lavoro nel Sistema Internazionale è il Newton metro (N m). Un altro nome per il Newton metro è Joule, abbreviato in J, in onore del fisico britannico del XIX secolo James Prescott Joule.

1.2. Lavoro compiuto da una forza non costante
Un esempio di forza variabile è la forza elastica di una molla. L'intensità della forza elastica cambia costantemente, quindi il lavoro compiuto da tale forza su un oggetto non può essere calcolato utilizzando la formula per il lavoro compiuto da una forza costante.

Se la molla è allungata, più è lunga, maggiore è la forza necessaria. Allo stesso modo, viceversa, maggiore è la pressione esercitata, minore è la forza quando la molla è compressa, maggiore è la forza necessaria. Finché la molla è compressa o allungata, la forza della molla varia da 0 (x = 0) al valore massimo (F = kx), quindi la forza della molla viene calcolata utilizzando la media. La forza media della molla è:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Il lavoro compiuto dalla forza elastica su un oggetto è:
W = F x = ½ kx²
Descrizione: W = lavoro (unità Joule), x = incremento di lunghezza della molla (unità metri), F = forza della molla (unità Newton).

2. Lavoro risultante o lavoro totale (lavoro compiuto dalla forza totale)
Se durante lo spostamento di un oggetto agisce una sola forza, il lavoro totale compiuto da tutte le forze è uguale al lavoro compiuto da quella singola forza. Ad esempio, quando un oggetto è in caduta libera e si trascura la resistenza dell'aria, l'unica forza che agisce su di esso è la forza di gravità.
W= W_gravità
Se su un oggetto in movimento agiscono diverse forze, il lavoro totale compiuto da tutte le forze che agiscono sull'oggetto è uguale alla somma del lavoro compiuto da ciascuna di esse.
W = W₁ + W₂ + W₃ + … + W_n
Il lavoro compiuto da diverse forze che agiscono su un oggetto può essere calcolato determinando prima l'intensità della forza totale e poi moltiplicandola per l'intensità dello spostamento.
W = (Forza risultante)(spostamento) = (F risultante)(s)

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