Elisa, mentre sta viaggiando a sulla sua auto di massa , vede un cane che attraversa la strada e frena, fermandosi in una distanza di . Quale è il lavoro compiuto dalla forza frenante?
L’automobile di Elisa si ferma completamente in pertanto, supponendo che la frenata avvenga con un moto uniformemente accelerato, la sua decelerazione sarà
da cui
Che, grazie al secondo principio della dinamica, sappiamo essere prodotta da una forza frenante pari a
Due palle, di massa e sono lasciate cadere da un balcone. Un istante prima che tocchino il suolo qual è il rapporto tra le loro energie cinetiche? E il rapporto tra le loro velocità?
La velocità che un corpo possiede quando è in caduta libero non dipende dalla sua massa, ma dipende esclusivamente dalla forza di gravità del pianeta in cui si trova. Quindi le due palle, un istante prima che tocchino il suolo, avranno la stessa velocità e pertanto il rapporto tra le energia cinetiche sarà
Mentre, come già detto, il rapporto tra le velocità sarà .
L’energia cinetica di un corpo è espressa dalla formula
da cui
Per rispondere alla seconda domanda abbiamo due approcci, il primo è quello di utilizzare la formula dell’energia cinetica con la velocità di , il secondo è quello di osservare che la relazione che lega la velocità all’energia cinetica è una relazione quadratica, quindi al raddoppiare della velocità l’energia cinetica quadruplica.
Una cassa di scivola verso il basso per lungo una rampa inclinata di rispetto all’orizzontale. Il coefficiente di attrito dinamico tra la cassa e il piano è . Quanto lavoro compie la gravità? Quanto lavoro compie la forza di attrito dinamico? Quale lavoro totale è compiuto sulla cassa?
Possiamo modellizzare un piano inclinato generico nel seguente modo
Una volta visto lo schema possiamo osservare che la forza di gravità si spezza in due componenti una delle quali è perpendicolare al moto e l’altra parallela. Per quanto riguarda il lavoro solo la componente parallela conta, e pertanto
con segno positivo siccome la forza e lo spostamento sono concordi. Il lavoro compiuto dalla forza di attrito invece, siccome forza di attrito e spostamento hanno la stessa direzione, lo possiamo calcolare facendo
dove osserviamo che il segno meno è dovuto al fatto che forza e spostamento hanno verso opposto. Da cui
Infine per determinare il lavoro complessivo sulla cassa osserviamo che le uniche due forze che hanno una componente non perpendicolare allo spostamento sono la forza peso e la forza di attrito, ossia
Filippo tiene in mano un vaso da giardino di massa a un’altezza di da terra. Che lavoro compie sul vaso? Come deve essere la forza che deve applicare se vuole appoggiare il vaso a terra senza farlo cadere? Se per appoggiare il vaso a terra applica una forza di , quale lavoro compie? Qual è il lavoro totale compiuto sul vaso?
Il lavoro totale compiuto da Filippo per tenere il vaso a di altezza da terra è nullo, infatti lo spostamento è nullo e quindi anche il lavoro. Per appoggiare il vaso per terra senza lascialo cadere Filippo deve contrastare, anche in minima parte, la forza peso del vaso. Pertanto per non farlo cadere la forza applicata da Filippo dovrà soddisfare la relazione
Se Filippo appoggia il vaso per terra esercitando su di esso una forza di allora il lavoro compiuto da Filippo, siccome la forza e lo spostamento sono paralleli, sarà
Infine il lavoro totale compiuto sul vaso, ossia la somma dei lavori di tutte le forza applicate al vaso, sarà
Durante un trasloco un operaio trasporta in ascensore un grande scatolone. Per tenerlo fermo contro la parete della cabina applica una forza perpendicolare alla parete di . Sapendo che la massa dello scatolone è e quella dell’operaio è , calcola: il lavoro compiuto dall’ascensore per salire di ; il lavoro compiuto dall’operaio per tenere fermo lo scatolone.
Per sollevare la scatola e l’operaio l’ascensore deve esercitare una forza come minimo uguale alla forza peso complessiva, pertanto la forza esercitata dall’ascensore sarà . Una volta osservato questo ricordiamo che il lavoro compiuto da una forza costante di intensità durante uno spostamento che è parallelo alla forza lo possiamo calcolare con la formula
Per rispondere alla seconda domanda osserviamo che la forza che tiene premuto lo scatolone alla parete e lo spostamento dello scatolone sono perpendicolari, pertanto sappiamo che il lavoro è nullo, infatti
Un muletto meccanico deve sollevare un carico di dal suolo fino a un’altezza . Calcola il lavoro compiuto dal muletto. Se la massa del carico da sollevare fosse la metà, a che altezza potrebbe sollevarla compiendo lo stesso lavoro?
Per sollevare la scatola il muletto deve esercitare una forza come minimo uguale alla sua forza peso, pertanto la forza esercitata dal muletto sarà . Una volta osservato questo ricordiamo che il lavoro compiuto da una forza costante di intensità durante uno spostamento che è parallelo alla forza lo possiamo calcolare con la formula
Se la massa del carico fosse la metà, ossia , con la stessa quantità di lavoro potrei sollevare la cassa fino a
Per spingere il carrello della spesa, Maura applica una forza di in una direzione che forma un angolo di con la direzione del moto, compiendo un lavoro di . Che distanza ha percorso il carrello?