Come calcolare l'energia cinetica di un corpo

Tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Non avete ben chiaro il concetto di "energia cinetica"? Sicuramente ne avete sentito parlare o almeno una volta nella vita avete fatto delle verifiche su questo argomento, specialmente nei primi anni delle superiori. In questa guida vi spiegherò come calcolare l'energia cinetica di un corpo in movimento. In modo molto semplicistico la formula è detta "lineare quadratica" nel senso che una variabile dipende dal quadrato dell'altra. In realtà vi sono dimostrazioni relativamente complesse dietro che con un po' di diligenza è possibile eseguire perfettamente senza problemi. Questo perché vengono introdotti concetti, come gli integrali, che si studiano solo in anni avanzati delle superiori in matematica.

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Occorrente

  • Libro di testo
  • Quaderno degli esercizi
  • Libro delle esercitazioni
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La Formula

L'energia cinetica (K), detto anche teorema delle forze vive, in quanto descrive l'evoluzione dell'energia nel moto di un corpo, illustra la relazione che intercorre tra massa e variazione di velocità.
Si ha quindi E = 1/2 m v^2
Essendo un'energia, essa viene misurata in Joule (kg x (m/s)^2) ed è da considerarsi una grandezza scalare, cioè una grandezza che è rappresentata da un numero reale e da un'unità di misura in coppia.

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La proprietà

La principale proprietà di quest'energia è di essere sempre positiva, o meglio si definisce non negativa. Questo perché la massa è una variabile sempre positiva e la velocità, essendo elevata al quadrato, restituirà sempre un numero positivo. Ovviamente essendo questa un proprietà essa vale indipendentemente dal moto del corpo.
Volendo dare una definizione molto semplice di energia cinetica potremmo definirla attraverso al sua variazione come:
Il lavoro uguale alla variazione di energia cinetica
W tot. = K iniziale - K finale.

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Esempio pratico

Come detto, la formula dell'energia cinetica risulta quindi: 1/2 * massa* velocità ^2.
Tuttavia spesso non si riesce a capire quando è possibile applicare la suddetta formula in base alla condizione del corpo che abbiamo preso in considerazione, questo perché spesso la variazione dell'energia risulta 0 a movimento concluso, ma in realtà la variazione c'è stata.
Per darsi una risposta certa a riguardo, va ricordato che l'energia cinetica è una branca della fisica che studia il movimento, quindi l'energia cinetica è sempre riferita a un corpo in movimento. Supponendo quindi che il corpo fosse in quiete la sua K sarebbe uguale a zero perché il corpo non si sposterebbe e di conseguenza non produrrebbe lavoro.
Pensiamo ad esempio ad una pallina ferma sull'orlo di un tavolo: la sua K = 0, ma se questa pallina viene fatta cadere dal tavolo, la sua K aumenterà fino a quando, toccando terra e rimbalzando più volte, tornerà uguale a zero. Questo perché quando arriverà al suolo l'energia cinetica sarà massima e infatti servirà alla pallina per rimbalzare ancora e ancora. Quando tuttavia questa smetterà di muoversi, sia per l'attrito con l'aria che per la forza di gravità, l'energia cinetica, cosi come quella potenziale torneranno nulle, in quanto come detto il corpo sarà in quiete.

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Approfondimento

Ecco degli approfondimenti e curiosità:
L'energia cinetica è l'energia che possiede un corpo per il movimento che ha o che acquista; è quindi il lavoro necessario per portare un corpo da una velocità nulla a una velocità v. Quando un corpo di massa "m" varia la sua velocità, con questa varia anche la sua energia cinetica. Il lavoro rappresenta questa variazione di energia cinetica. L'energia cinetica quindi è associata alla massa e alla velocità di un corpo in movimento. L'energia cinetica che possiede un corpo di massa m nel suo moto di caduta è uguale al lavoro compiuto per fermarsi. L'energia cinetica di un punto materiale può essere espressa matematicamente dal semiprodotto della sua massa per il quadrato del modulo della sua velocità; in coordinate cartesiane si esprime di consueto come: l'energia cinetica di un corpo rigido a simmetria assiale in rotazione attorno all'asse di simmetria con velocità angolare e che trasla nello spazio con velocità w. L'energia cinetica dipende dal sistema inerziale di riferimento. In un sistema di riferimento stazionario l'energia cinetica assume un valore inferiore di quello assumibile in un sistema di riferimento in movimento. L'energia cinetica aggiuntiva è quella corrispondente all'energia cinetica di traslazione della massa m alla velocità v di spostamento del sistema inerziale di riferimento. Un'utile relazione tra l'energia cinetica K e il modulo della quantità di moto q è data dalle seguenti equazioni: La dimostrazione è immediata sostituendo nell'espressione di K quella di q.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Fare molti esercizi
  • Eventualmente cercare esercizi svolti
  • Fare esperimenti divertenti, essendo che l'energia è facilmente riproducibile nella realtà
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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