Energia cinetica e potenziale: quello che c’è da sapere

Che cosa è l’energia cinetica? E cosa si intende per energia potenziale? E quando queste nozioni entrano in relazione con lo studio universitario? In questo articolo lo staff della Unicusano di Reggio Calabria vuole fornire tutte queste risposte.

Iniziamo subito dando alcune definizioni e spiegazioni di carattere matematico, così da introdurre al meglio l’argomento.

Definizione di energia cinetica

Si intende per energia cinetica quella energia che possiede un corpo e generata dal suo movimento. Equivale, quindi, al lavoro necessario per portare un corpo da una velocità nulla a una velocità nota o in caso di variazione di velocità. L’energia cinetica quindi è associata alla massa e alla velocità di un corpo in movimento (e per questo non è equivalente per tutti i corpi) e questa affermazione è suffragata dalla seguente formula matematica:

K=1/2 mv2

Dove m indica la massa del corpo in questione e v la velocità.

Possiamo quindi affermare, di conseguenza, che l’energia cinetica è un’energia vettoriale che si misura in joule ed è direttamente proporzionale alla massa del corpo e al quadrato del modulo della sia velocità.

Ciò significa che a parità di velocità un corpo di massa doppia avrà un’energia cinetica doppia e questo valore aumenta a livello vettoriale.

La variazione dell’energia cinetica è riferita alla variazione di velocità di un corpo sotto l’effetto di una forza che lo fa accelerare o decelerare. In questo caso la formula da applicare è la seguente:

Delta K= Kf-Ki

= ½ mv2f – ½ mv2i

Passo successivo, dopo aver visto i diversi tipi di energia ed in particolare quella cinetica, è analizzare l’energia potenziale.

Definizione di energia potenziale

Si tratta, nello specifico, di una energia legata al movimento dei corpi soggetti all’azione di un particolare tipo di forze cioè delle forze conservative .

Per definizione la variazione di energia potenziale di un corpo è uguale al lavoro cambiato di segno e questa definizione corrisponde alla formula:

Delta U = -L

Dove il simbolo Delta U corrisponde alla variazione.

Potrebbe sembrare strano che un tipo di energia venga spiegata a partire dalla sua variazione ma pensiamo soltanto che l’energia in questione “prenda vita” in seguito all’esercizio di una forza che faccia spostare il corpo dalla sua posizione di stasi o equilibrio in un’altra posizione più arretrata, che ne determina la compressione.

L’energia spesa nell’azione della forza (il lavoro, dunque) viene trasferito al corpo sotto forma di energia potenziale.

Come detto, possono esserci vari tipi di forze conservative che influiscono sulle formule.

Ad esempio, l’energia potenziale gravitazionale ha la seguente formula:

U = mgh

Dove m indica la massa del corpo, g è l’accelerazione di gravità e h l’altezza a cui è situato un corpo rispetto ad un determinato livello (che generalmente è considerato zero).

Questa energia, legata all’azione della forza di gravità corrisponde ad un modello fisico particolare, legato alla forza peso.

Inoltre è presente anche l’energia potenziale elastica che si definisce così:

U = ½ kx2

Dove k indica la costante elastica della molla mentre x è l’elongazione della molla stessa.

Perché è importante lo studio della fisica?

Ed arriviamo, infine, alle applicazioni pratiche di tali teorie matematiche, I giovani che frequentano il corso di studi online in Ingegneria si troveranno fin dal primo anno a doversi confrontare con lo studio della fisica.

L’insegnamento di fisica promosso dai docenti della Unicusano di Reggio Calabria agli studenti prevede come primo argomento lo studio della cinematica nell’approssimazione di punto materiale.

Vengono introdotte, quindi, le prime grandezze meccaniche, come la posizione, la velocità e l’accelerazione, prima da un punto di vista rigorosamente formale e matematico e successivamente analizzando quelli che sono i moti fondamentali del punto materiale, partendo dal caso più semplice del moto rettilineo uniforme nel caso unidimensionale, fino ad studiare i casi più complessi nello spazio tridimensionale.

Queste prime argomentazioni sono alla base della successiva parte della programmazione della materia di studio durante la quale saranno sviluppate nozioni specifiche sulle applicazioni delle tre leggi di Newton sulla dinamica e sulle forze fondamentali della meccanica classica: come la forza peso, la forza elastica e le forze di attrito.

Esame di Fisica alle Unicusano

Grande attenzione nel piano di studi di fisica viene anche qui rivolta a quelli che sono alcuni problemi fondamentali della meccanica, come le situazioni di equilibrio statico e dinamo, il piano inclinato, il pendolo semplice (oscillatore armonico), e la risoluzione dell’equazione di Newton nel coso di forze centripete.

Successivamente si passerà allo studio di applicazioni pratiche della fisica all’ingegneria quali  il lavoro di una forza, l’energia cinetica, l’energia potenziale. Quest’ultima viene analizzata nel caso delle principali forze conservative, fornendo così le basi per enunciare il teorema di conservazione dell’energia meccanica, la cinematica e la dinamica dei sistemi complessi di punti materiali e del corpo rigido.

L’ultima parte dell’insegnamento è dedicata ad un introduzione alla termodinamica. Vengono illustrati i sistemi, le grandezze e le trasformazioni termodinamiche. Nuovi concetti come il calore vengono spiegati mostrando contemporaneamente una più completa visione della realtà di alcune grandezze già studiate in meccanica, come ad esempio l’energia e il lavoro.

Questo studio di cui abbiamo diffusamente parlato sarà appannaggio dei laureandi in Ingegneria Civile ed Ingegneria Meccanica. E non solo le applicazioni della cinetica saranno anche indispensabili per coloro che seguono il corso di studi in ingegneria Agro industriale.

Infine, molte delle nozioni sono riferite al riutilizzo dell’energia della produzione delle cosiddette “energie pulite” come, ad esempio, quella eolica.

Infatti, da questi corsi di laurea, ci si aspetta di riuscire a formare un ingegnere di primo livello con conoscenze di base nel campo dell’ingegneria (strutturale, idraulica, geotecnica, industriale, meccanica e dei trasporti) e ambientale (tecnologie, ambientali, tutela del territorio e sicurezza). In particolare le conoscenze di base e gli obbiettivi formativi dei corsi comprenderanno:

• gli aspetti metodologici e deduttivi della matematica e della fisica indispensabili per interpretare i problemi dell’ingegneria;
• la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia descritti dalla chimica, dallo studio dei componenti e dalla progettazione;
• gli aspetti metodologici e applicativi della meccanica, con particolare riguardo alla modellazione del comportamento meccanico dei materiali, delle strutture, dei fluidi e delle terre, le basi relative al collaudo dei macchinari e all’attività di misurazione, controllo ed assistenza;
• i vincoli e le condizioni funzionali, normative e ambientali posti dalle esigenze di sicurezza, tutela e compatibilità ambientale e territoriale.

Avete trovato utili queste informazioni? Per averne di ulteriori non esitate a contattare il numero 800 98 73 73: Lo staff della Università Niccolò Cusano di Reggio Calabria è a vostra disposizione per fugare ogni possibile dubbio e consigliarvi il percorso di studio più adatto alle vostre esigenze.