LABORATORIO

Conservazione energia meccanica

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Luciano Troilo, Creato con GeoGebra

MISURE

Scopo dell'esperimento:

Controllare se l'energia cinetica dell'oggetto, quando lascia la parabola, è uguale alla variazione dell'energia potenziale.

 
ATTIVITA'
  • Fai rotolare un oggetto lungo la sagoma e misura dove ricade (distanza).

  • Calcola la velocità con cui l'oggetto lascia la sagoma.
  • Calcola la sua energia cinetica tenendo conto anche dell'energia di rotazione
     

    oggetto

    k

    Cilindro guscio

    1

    Cilindro pieno

    1/2

    Sfera guscio

    2/3

    Sfera piena

    2/5

    Scivola, senza rotolare

    0

     

  • Calcola la variazione di energia potenziale
  • confronta i risultati tenendo conto degli errori di misura
 
NOTA: 
  1. scegliere l'oggetto
  2. premi RESET
  3. premi START
  4. La simulazione introduce un errore casuale sulla distanza di caduta
  5. Ripeti la misura più volte
  6. calcola la media dei risulati
Scarica, come esempio, un foglio di lavoro EXCEL
 

TEORIA

Teoria cenni introduttivi

La quantità totale di energia di un sistema isolato è una costante, ovvero il suo valore si mantiene immutato al passare del tempo, sebbene possa essere trasformata e convertita da una forma all'altra.
In meccanica, la formula per la conservazione dell'energia può essere così riassunta:

Ep+Ec=Lnc

in cui la somma algebrica di energia potenziale Ep più energia cinetica Ec è uguale al lavoro compiuto dalle forze non conservative (attrito) Lnc. In presenza di soli campi conservativi questa somma algebrica è nulla (non c'è, appunto, lavoro di forze non conservative) e tutta l'energia potenziale si trasforma in energia cinetica e viceversa.
 
« C’è un fatto, o se volete una legge, che governa i fenomeni naturali sinora noti. Non ci sono eccezioni a questa legge, per quanto ne sappiamo è esatta. La legge si chiama “conservazione dell’energia”, ed è veramente una idea molto astratta, perché è un principio matematico: dice che c’è una grandezza numerica, che non cambia qualsiasi cosa accada. Non descrive un meccanismo, o qualcosa di concreto: è solo un fatto un po’ strano: possiamo calcolare un certo numero, e quando finiamo di osservare la natura che esegue i suoi giochi, e ricalcoliamo il numero, troviamo che non è cambiato... »
(La fisica di Feynman, Vol. I)
 
La legge di conservazione dell'energia è la più importante delle leggi di conservazione note in fisica. Nella sua forma più intuitiva questa legge afferma che, sebbene possa essere trasformata e convertita da una forma all'altra, la quantità totale di energia di un sistema isolato è una costante, ovvero il suo valore si mantiene immutato al passare del tempo.
Storicamente le prime formulazioni quantitative di questo principio nascono nell'ambito della meccanica e si basano sui concetti di energia cinetica ed energia potenziale. In meccanica esistono le forze dissipative, come l'attrito, che comunque non violano la conservazione dell'energia; ciò in quanto l'energia meccanica (cinetica + potenziale) dissipata dalle forze di attrito non scompare nel nulla ma si ritrova trasformata in energia interna dei corpi tra cui si svolge l'attrito, sotto forma di aumento dell'energia cinetica delle molecole (aumento della temperatura).
 

Tuttavia l'interpretazione dei fenomeni termodinamici in termini di meccanica statistica e la dimostrazione dell'equivalenza tra calore e lavoro e della loro costanza nel tempo, ha esteso ai fenomeni termici il principio di conservazione dell'energia al di fuori dell'ambito strettamente meccanico, a patto di prendere in considerazione tutte le forme in cui l'energia può presentarsi. Per questo, ad esempio, la legge di conservazione dell'energia viene identificata con il primo principio della termodinamica.

Teoria approfondimento

 
Scarica Momento d'inerzia ed energia di rotazione
Scarica Misura della velocità d'uscita dalla sagoma

 

ESERCIZI

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Come mai alcuni oggetti arrivano prima ed altri più tardi?
 

FINE

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