Si utilizza una fionda e si prova a tendere l’elastico usandolo per lanciare
una pallina (di carta o di altro materiale leggero). Per lanciare la pallina
bisogna tirare all’indietro l’elastico con il dito, esercitando su di esso una
forza (di cui ci si è occupati in un’unità di lavoro precedente).
In questo modo l’elastico accumula energia. Più si tira l’elastico e più
quest’ultimo accumula energia. Quando si lascia l’elastico quest’ultimo perde
energia, la pallina l’acquista e “vola via”.
Si fa osservare ai ragazzi quali siano le varie fasi del lancio per capire
bene quali forze intervengono e come si combinano tra loro: l’elastico, tramite
l’energia elastica immagazzinata, trasferisce energia alla pallina di
carta. E’ intuitivo capire come più si allunga l’elastico, più si trasferirà
energia alla pallina (e quindi andrà a cadere più lontano).
Questo semplice esperimento introduce e definisce il lavoro [FR]; [ES]; [ENG] come
mezzo per trasferire l’energia.
Il lavoro presenta le seguenti caratteristiche:
1) è in qualche modo legato sia alla forza che si esercita, sia
all’allungamento dell’elastico.
2) Agisce per un tempo limitato: compio lavoro solo durante
l’allungamento dell’elastico. Quando fermo la mano smetto di compiere
lavoro.
3) E' effettivamente un mezzo per trasmettere energia: quella (potenziale) elastica
si trasforma in energia cinetica della pallina quando lascio andare
l’elastico.
Formalizzazione
Partendo dai concetti intuitivi sviluppati a questo punto si possono
formalizzare i concetti di lavoro ed energia:
il lavoro (meccanico) effettuato su di un corpo sarà definito come:
L=F x s
Il lavoro è una grandezza vettoriale (ha una direzione ed un verso
di applicazione) ed è proporzionale sia alla forza che si esercita che allo
spostamento (per quanto si applica la forza).
Tornando all’esempio della fionda: più allungo l’elastico, maggiore sarà il
lavoro compiuto su di esso, più “tiro forte” maggiore sarà il lavoro compiuto e
la pallina andrà più lontano perchè più energia ha accumulato.
Quantificando, così, le tre caratteristiche intuite dall’esperimento con la
fionda ed elencate sopra. Il lavoro si misura in Joule (J), ovvero
Newton per metri (N x m). In questo modo si introducono operativamente i
concetti di energia potenziale e cinetica: quando si è allungato l’elastico e ci
si appresta a lasciare la pallina, quest’ultima ha accumulato dell’energia
potenziale che si trasforma in energia cinetica durante il volo della pallina.
Anche l’energia si misura in Joule come il lavoro.
A questo punto si può quantificare quanto introdotto.
