L’ENERGIA CINETICA

 

A scuola guida, a proposito dello “spazio di frenata”, si impara che un’automobile che viaggia a 60 Km/h su una strada asfaltata e asciutta  può frenare in 25 m, mentre ha bisogno per frenare di uno spazio di 100 m se la sua velocità è di 120 Km/h. Vale a dire che raddoppiando la velocità dell’automobile, lo spazio di frenata diventa quadruplo. Ci domandiamo perché ?

Per dare una risposta a questa domanda, consideriamo un corpo di massa m e velocità iniziale Vi sul quale agisce una forza costante F che fa variare  la sua velocità. In un tempo t, dopo aver percorso uno spazio S,  la velocità finale del corpo Vf aumenterà o diminuirà, secondo che il verso di F sia  concorde o discorde con quello di  Vi.

 

Passando ai calcoli si ha che:

 

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Chiamiamo la grandezza:

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energia cinetica del corpo. L’ultimo risultato ottenuto, noto sotto il nome di teorema dell’energia cinetica, può essere così enunciato:

 

Il lavoro compiuto da una forza agente su un corpo è uguale alla variazione dell’energia cinetica del corpo

 

Oss 1. E’ evidente che l’unità di misura dell’energia cinetica è uguale  a quella del lavoro ossia è il Joule. Inoltre, l’energia cinetica, come il lavoro, è una grandezza scalare.

 

Oss 2,. L’energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa e direttamente proporzionale al quadrato della velocità. Dipendendo dalla velocità è giustificato il termine cinetica attribuita alla grandezza.

 

Oss 3. Se il lavoro della forza è positivo, l’energia del corpo aumenta; se il lavoro della forza è negativo, l’energia del corpo diminuisce. In particolare ponendo Vi = 0 si ottiene:

 

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Si conclude che: “L’energia cinetica di un corpo che viaggia alla velocità V misura il lavoro necessario per portare il corpo dalla quiete alla velocità V”.

 

Oss 4. Se si pone Vf = 0 si ottiene:

 

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Essa ci dice che per ridurre alla quiete un corpo che si muove alla velocità Vi occorre un lavoro negativo (cioè un lavoro resistente)uguale in valore assoluto all’energia cinetica iniziale della particella. Si comprende pertanto l’importanza della velocità quando si valuta lo spazio di frenata. Infatti, dall’espressione dell’energia cinetica, nella quale la velocità compare al quadrato, si deduce che, raddoppiando la velocità, l’energia cinetica diventa quattro volte maggiore e così pure lo spazio di frenata.