Dubbio tra forza ed energia
Ciao a tutti,
Mia nipote mi ha fatto questa domanda a cui francamente non ho saputo rispondere non essendo ferrato in materia
L'unità di misura della forza è il Newton e il prodotto tra forza(Newton) e spostamento genera lavoro, che è energia misurabile in Joule.
Domanda : se quindi io spingo un oggetto, esercitando una forza sull'oggetto e questo non si muove e non si sposta il lavoro è 0; non ho di fatto utilizzato comunque energie per esercitare quella forza in primis anche se non ho generato lavoro? Quindi per esercitare una forza non ci vuole comunque energia?
Non so se sono stato chiaro, ma io non ho saputo rispondere. Attendo vostri lumi, grazie
Mario
Mia nipote mi ha fatto questa domanda a cui francamente non ho saputo rispondere non essendo ferrato in materia
L'unità di misura della forza è il Newton e il prodotto tra forza(Newton) e spostamento genera lavoro, che è energia misurabile in Joule.
Domanda : se quindi io spingo un oggetto, esercitando una forza sull'oggetto e questo non si muove e non si sposta il lavoro è 0; non ho di fatto utilizzato comunque energie per esercitare quella forza in primis anche se non ho generato lavoro? Quindi per esercitare una forza non ci vuole comunque energia?
Non so se sono stato chiaro, ma io non ho saputo rispondere. Attendo vostri lumi, grazie
Mario
Risposte
La forza muscolare non è proprio la stessa cosa della forza come la si tratta in fisica.
Se noi spingiamo qualcosa, anche se questo qualcosa non si sposta, facciamo fatica, consumiamo delle calorie, spendiamo energia. Ma questo è dovuto al meccanismo che dà luogo alla contrazione dei muscoli, che è un processo attivo, che richiede un continuo consumo di risorse.
La forza vista dalla fisica non è così. Una sedia sostiene il nostro peso esercitando una forza; un sasso appoggiato per terra preme il terreno, esercita una forza: ma non fanno nessuna fatica, non consumano energia per questo. Non si può nemmeno parlare di un processo. E' una situazione statica, non succede niente.
Se noi spingiamo qualcosa, anche se questo qualcosa non si sposta, facciamo fatica, consumiamo delle calorie, spendiamo energia. Ma questo è dovuto al meccanismo che dà luogo alla contrazione dei muscoli, che è un processo attivo, che richiede un continuo consumo di risorse.
La forza vista dalla fisica non è così. Una sedia sostiene il nostro peso esercitando una forza; un sasso appoggiato per terra preme il terreno, esercita una forza: ma non fanno nessuna fatica, non consumano energia per questo. Non si può nemmeno parlare di un processo. E' una situazione statica, non succede niente.
Grazie
Quindi l'energia intesa nella formula che deriva dal prodotto tra Newton e spostamento è un energia diciamo generata dal processo stesso, una conseguenza insomma.
Niente a che vedere con le calorie bruciate per essere in grado di esercitare la forza stessa, in quel caso la spinta.
Ho capito bene?
Quindi l'energia intesa nella formula che deriva dal prodotto tra Newton e spostamento è un energia diciamo generata dal processo stesso, una conseguenza insomma.
Niente a che vedere con le calorie bruciate per essere in grado di esercitare la forza stessa, in quel caso la spinta.
Ho capito bene?
"Mario75":
Quindi l'energia intesa nella formula che deriva dal prodotto tra Newton e spostamento è un energia diciamo generata dal processo stesso, una conseguenza insomma.
Niente a che vedere con le calorie bruciate per essere in grado di esercitare la forza stessa, in quel caso la spinta.
No, niente a che vedere.
Però, vedere l'energia di forza x spostamento come qualcosa di generato dal processo mi suona un po' strano... di solito, l'energia viene vista come qualcosa di più fondamentale della forza. Per esempio, c'è una legge di conservazione dell'energia, ma niente del genere per la forza.
Da quello che leggevo dal suo libro, la formula FxS=Lavoro=Energia, io da profano l'ho intesa come energia "generata" dal lavoro. Ossia, se genero spostamento vuol dire che grazie a quella forza ho eseguito un lavoro e quindi ho "creato" energia "cinetica".
Perdona la mie lacune ma vorrei capire se sto capendo il succo del discorso in modo da potermi interfacciare con mia nipote.
Perdona la mie lacune ma vorrei capire se sto capendo il succo del discorso in modo da potermi interfacciare con mia nipote.
"Mario75":
Da quello che leggevo dal suo libro, la formula FxS=Lavoro=Energia, io da profano l'ho intesa come energia "generata" dal lavoro. Ossia, se genero spostamento vuol dire che grazie a quella forza ho eseguito un lavoro e quindi ho "creato" energia "cinetica".
Lavoro ed energia sono sostanzialmente la stessa cosa. E' vero che le due parole non si possono usare indifferentemente - per esempio, si può dire che una macchina compie lavoro, mentre non si può dire che compie energia.
Più o meno, si parla di lavoro quando si ha a che fare con trasformazioni da una forma di energia a un'altra, per esempio, si solleva un oggetto e si trasforma energia chimica, nei muscoli per esempio che compiono lavoro, in energia potenziale. Il lavoro misura la diminuzione dell'energia chimica, che corrisponde all'aumento dell'energia potenziale.
Si lascia cadere un oggetto, e il campo gravitazionale compie lavoro, trasformando energia potenziale in cinetica: il lavoro misura la diminuzione di energia potenziale, che corrisponde all'aumento di energia cinetica. E così via.
Se non ci sono trasformazioni, direi che non si può parlare di lavoro: un proiettile in volo ha energia cinetica, ma non fa lavoro; una vasca d'acqua calda ha energia termica, ma non fa lavoro.
Noterei anche che il concetto di lavoro - in fisica - assomiglia di più al concetto che se ne ha nella vita quotidiana, rispetto alla forza. Quando uno lavora, perde qualcosa della sua capacità di produrre qualcosa di utile, e in cambio aumenta - si spera - la sua dotazione di denaro. Per cui il denaro ha molta somiglianza con l'energia. Infatti, nelle bollette dell'ENEL, ti vengono fatturati i chilowattora, che sono appunto una unità di energia.
E l'energia non si crea (questo, a differenza del denaro...) : si può solo trasformarla da una forma ad un'altra.
Lavoro ed energia sono due concetti distinti anche se hanno la stessa unita' di misura (joule).
L'energia si conserva, il lavoro no e tale differenza si riflette nel concetto di calore, terzo oggetto fisico differente dai primi due, nonostante abbia la stessa unita' di misura: il joule.
In termini matematici queste differenze si ripercuotono nella loro definizione di differenziale, ma lasciamo perdere. Non e' necessario intraprendere questa strada.
Mario75, non preoccuparti, non sei il solo ad avere questo dubbio: ad oggi non sappiamo cosa sia l'energia. E la classifica spiegazione - attitudine di un corpo a compiere lavoro - e' restrittiva, oltre che fuorviante.
L'energia e' un concetto astratto e non abbiamo un modello unico in grado di definirla in tutte le sue svariate forme in cui si manifesta.
Sappiamo solo una cosa: si conserva. Questo e' un principio fondamentale in fisica. Per il momento non e' stato dimostrato in senso stretto del termine, ma nessuna esperienza di laboratorio o di osservazione diretta dei fenomeni fisici naturali (sia a livello microscopico sia a livello macroscopico) ha smentito tale affermazione.
Essendo un concetto astratto non e' possibile spiegarlo in termini pratici: e' un numero che si conserva, considerando tutte le sue forme di manifestazione (cinetica, chimica, termica e cosi' via) nei riguardi di un ben preciso fenomeno fisico.
Qui stai facendo diversi errori concettuali.
Chiedi la differenza fra forza ed energia, ma cerchi di rispondere al tuo dubbio tramite un esempio che, in senso stretto, mette in gioco il lavoro e non l'energia. La forza per lo spostamento e' un lavoro non un'energia. Le due quantità coincidono, numericamente, solo se non hai perdite e quindi produzione di calore. Attenzione, coincidono numericamente, ma rimangono concettualmente distinte dato che il lavoro e' un concetto di scambio energetico fra due sistemi.
Se consideri esclusivamente il sistema "cubetto di massa m", allora non stai compiendo nessun lavoro, nonostante tu stia applicando una forza, ma se nel sistema includi anche il tuo corpo, allora avrai lavoro dato che stai mettendo in tensione i tuoi muscoli e pertanto dei micro movimenti muscolari. L'energia di questo sistema "allargato" si conserva, ovviamente. Avrai una serie di trasformazioni energetiche (chimiche, meccaniche e cosi' via) che hanno portato a compiere del lavoro e del calore. La somma di tutti questi termini si conserva. Tutto queste trasformazioni energetiche ti faranno stancare, nonostante non ci sia stato nessuno scambio energetico con il sottosistema "cubetto di massa m" (non si e' mosso, per un qualsiasi motivo che non ci interessa in questa analisi).
La forza, invece, e' una manifestazione di reciproca interazione fra due o più corpi. Si tratta di una grandezza vettoriale. Ha un'ampiezza, una direzione e un verso. L'energia invece e' un numero.
Tu hai applicato una forza al cubetto e il cubetto, bloccato, ha esercitato una forza verso di te.
Due puntualizzazioni.
1) Il concetto primitivo da considerare e' l'energia e non la forza
2) L'espressione energia elettrica e' errata. L'energia elettrica e' una forma di lavoro, trattandosi di uno scambio energetico e non un'energia. Noi non paghiamo l'energia elettrica (che non esiste), ma il lavoro elettrico. Dato per assodato questo fatto, possiamo continuare a parlare di energia elettrica per motivi storici e sociali.
L'energia si conserva, il lavoro no e tale differenza si riflette nel concetto di calore, terzo oggetto fisico differente dai primi due, nonostante abbia la stessa unita' di misura: il joule.
In termini matematici queste differenze si ripercuotono nella loro definizione di differenziale, ma lasciamo perdere. Non e' necessario intraprendere questa strada.
Mario75, non preoccuparti, non sei il solo ad avere questo dubbio: ad oggi non sappiamo cosa sia l'energia. E la classifica spiegazione - attitudine di un corpo a compiere lavoro - e' restrittiva, oltre che fuorviante.
L'energia e' un concetto astratto e non abbiamo un modello unico in grado di definirla in tutte le sue svariate forme in cui si manifesta.
Sappiamo solo una cosa: si conserva. Questo e' un principio fondamentale in fisica. Per il momento non e' stato dimostrato in senso stretto del termine, ma nessuna esperienza di laboratorio o di osservazione diretta dei fenomeni fisici naturali (sia a livello microscopico sia a livello macroscopico) ha smentito tale affermazione.
Essendo un concetto astratto non e' possibile spiegarlo in termini pratici: e' un numero che si conserva, considerando tutte le sue forme di manifestazione (cinetica, chimica, termica e cosi' via) nei riguardi di un ben preciso fenomeno fisico.
"Mario75":
Domanda : se quindi io spingo un oggetto, esercitando una forza sull'oggetto e questo non si muove e non si sposta il lavoro è 0; non ho di fatto utilizzato comunque energie per esercitare quella forza in primis anche se non ho generato lavoro? Quindi per esercitare una forza non ci vuole comunque energia?
Qui stai facendo diversi errori concettuali.
Chiedi la differenza fra forza ed energia, ma cerchi di rispondere al tuo dubbio tramite un esempio che, in senso stretto, mette in gioco il lavoro e non l'energia. La forza per lo spostamento e' un lavoro non un'energia. Le due quantità coincidono, numericamente, solo se non hai perdite e quindi produzione di calore. Attenzione, coincidono numericamente, ma rimangono concettualmente distinte dato che il lavoro e' un concetto di scambio energetico fra due sistemi.
Se consideri esclusivamente il sistema "cubetto di massa m", allora non stai compiendo nessun lavoro, nonostante tu stia applicando una forza, ma se nel sistema includi anche il tuo corpo, allora avrai lavoro dato che stai mettendo in tensione i tuoi muscoli e pertanto dei micro movimenti muscolari. L'energia di questo sistema "allargato" si conserva, ovviamente. Avrai una serie di trasformazioni energetiche (chimiche, meccaniche e cosi' via) che hanno portato a compiere del lavoro e del calore. La somma di tutti questi termini si conserva. Tutto queste trasformazioni energetiche ti faranno stancare, nonostante non ci sia stato nessuno scambio energetico con il sottosistema "cubetto di massa m" (non si e' mosso, per un qualsiasi motivo che non ci interessa in questa analisi).
La forza, invece, e' una manifestazione di reciproca interazione fra due o più corpi. Si tratta di una grandezza vettoriale. Ha un'ampiezza, una direzione e un verso. L'energia invece e' un numero.
Tu hai applicato una forza al cubetto e il cubetto, bloccato, ha esercitato una forza verso di te.
Due puntualizzazioni.
1) Il concetto primitivo da considerare e' l'energia e non la forza
2) L'espressione energia elettrica e' errata. L'energia elettrica e' una forma di lavoro, trattandosi di uno scambio energetico e non un'energia. Noi non paghiamo l'energia elettrica (che non esiste), ma il lavoro elettrico. Dato per assodato questo fatto, possiamo continuare a parlare di energia elettrica per motivi storici e sociali.
Grazie ad entrambi
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