conservazione dell'energia meccanica: laboratorio

Esperienza di laboratorio per la verifica sperimentale del principio di conservazione dell'energia meccanica.  Il sistema in questione è quello della molla che oscilla verticalmente (pendolo elastico).
schema di principio

 dati dai quali è possibile verificare, con buona approssimazione, la conservazione dell'energia meccanica totale nelle 3 posizioni: 2-3-4
assumendo ora che l'energia meccanica si conservi determinare:

• la velocità del pendolo elastico ad un'altezza dal piano del banco di 5cm
• stabilire dove, cioè a quali altezze, la velocità è pari a 30cm/s (2 soluzioni simmetriche alla pos. C)

simulazioni del pendolo elastico
1) semplice simulazione dove è possibile evidenziare l'energia cinetica e le energie potenziali (gravitazionale+elastica) sommate assieme.

2) in questa seconda simulazione, una volta impostata tutta l' "attrezzatura" si possono evidenziare tutte e tre le forme di energia e il loro variare nel tempo, mentre rimane costante la loro somma. Per meglio apprezzare il fenomeno far eseguire la simulazione al rallentatore. Il vantaggio di questa simulazione sta nella possibilità di disporre di tutti gli strumenti (asta metrica, cronometro) e del materiale tali da poter ripetere l'esperienza come se si fosse in laboratorio.

3) physics&coding

simulazione realizzata in python

lavoro, energia: semplici esercizi

Risolvere i seguenti esercizi:

1 F=20N S=5m Forza e spostamento paralleli con lo stesso verso Determinare il lavoro L	2 F=60N S=120cm Forza e spostamento paralleli con verso opposto Determinare il lavoro L	3 L=1000J S=5m Forza e spostamento formano un angolo di 60° Determinare la forza F
4 m = 15kg v = 3m/s determinare l’energia cinetica	5 m = 200 g v = 36km/h Determinare l’energia cinetica	6 Ec = 500J v = 5m/s determinare la massa
7 m = 100 kg h = 2 m Determinare l’energia potenziale gravitazionale	8 m = 25 g h = 1 km Determinare l’energia potenziale gravitazionale	9 Ep = 700J h = 2 m Determinare la massa
10 s = 1m k = 0.25N/m Determinare l’energia potenziale elastica	11 s = 15dm k = 2N/cm Determinare l’energia potenziale elastica	12 s = 1m Eel = 500J Determinare la costante elastica della molla

risultati dei problemi assegnati

Utilizzate questo spazio in comune per condividere i risultati dei problemi assegnati attraverso il postare Commenti. Ancor più utile sarà il confronto sugli esercizi e problemi che non tornano. Non esitate a postare i vostri dubbi.

potenza

il concetto di potenza è legato alla rapidità o velocità con cui viene svolto un lavoro
una possibile definizione di potenza è il rapporto tra lavoro compiuto e tempo impiegato a compierlo

P=L/t

ricordando poi che:

P = L/t = F•S/t = F•v

quindi un'altra definizione potrebbe essere data come il prodotto scalare tra forza e velocità

P =  F•v

lavoro

solitamente in fisica si parla di lavoro di una forza...
... e il corpo coinvolto si sposta non necessariamente per effetto della forza.
quindi 2 sono le grandezze coinvolte e sono grandezze vettoriali:

1. forza
2. spostamento

il lavoro da parte sua è una grandezza scalare,
pertanto, per tener conto delle differenti direzioni, può essere così definito

L = F•S

e si  calcola così:

L = FS cosα

dove α è l'angolo tra i vettori F e S.

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alcune considerazioni:

L>0 se l'angolo tra F e S è compreso tra 0 e 90° (lavoro motore)

L<0 se l'angolo tra F e S è compreso tra 90° e 180° (lavoro resistente)

L=0 se l'angolo tra F e S è 90°

se l'angolo è 0° il lavoro è massimo positivo --- solo in questo caso si può usare L = FS

se l'angolo è 180° il lavoro è massimo negativo --- è il caso del lavoro resistente delle forze d'attrito

vettori - prodotto scalare e prodotto vettoriale

il PRODOTTO SCALARE è un'operazione tra due vettori che dà come risultato unoscalare

C = A•B

l'intensità di C si calcola così:
C = AB cosα
dove α è l'angolo tra i vettori A e B.

applet esplicativa per il prodotto scalare

il PRODOTTO VETTORIALE è un'operazione tra due vettori che dà come risultato un vettore

C = AxB

la cui intensità vale
C  = AB sinα
dove α è l'angolo tra i vettori A e B
la direzione è perpendicolare al piano dove si trovano i vettori A e B
e il verso è dato dal verso del pollice della mano destra se le altre dita puntano dal vettore A verso il vettore B percorrendo l'angolo più piccolo (minore di 180°)

applet esplicativa la direzione e il verso per il prodotto vettore