L’energia meccanica di un corpo è l’energia che un oggetto possiede per il suo movimento o per la sua posizione. È data quindi dalla somma dell’energia cinetica e dell’energia potenziale. Si indica solitamente con il simbolo “E” e la sua unità di misura è il joule (J).

Volete comprendere meglio che cos’è l’energia meccanica e come si calcola? Di seguito troverete definizione, esempi e la formula per misurarla.

Definizione

L’energia meccanica può essere cinetica (energia di movimento) o potenziale (energia di posizione accumulata). Gli oggetti, ad esempio un’auto, possiedono energia meccanica se sono in movimento o se si trovano in una posizione di energia potenziale zero, come un mattone in posizione di altezza zero.

L’energia in transito che viene scambiata tra due sistemi è definita lavoro. L’energia meccanica può essere posseduta da un sistema e scambiata con altri sistemi; il lavoro, invece, è solo la parte di energia meccanica scambiata. Infatti, l’energia meccanica è spesso definita come la capacità di lavorare.

L’energia meccanica posseduta da un oggetto permette ad esso di applicare una forza ad un altro oggetto per provocarne lo spostamento.

Facciamo degli esempi per capire meglio che cos’è l’energia meccanica.

1. Un bilanciere sollevato in alto sopra la testa da un atleta possiede energia meccanica grazie alla sua posizione verticale dal suolo (energia potenziale gravitazionale).
2. La pesante sfera da demolizione è un oggetto massiccio che viene fatto oscillare da una posizione alta che le permette di oscillare in avanti verso l’edificio o altri oggetti al fine di demolirli. Quando urta la struttura, la sfera esercita su di essa una forza che provoca la rottura.
3. È l’energia meccanica che dà alla palla da bowling la possibilità di applicare una forza ad un birillo per provocarne lo spostamento.
4. Avete presente un parco eolico? L’energia meccanica dell’aria in movimento dà alle particelle d’aria la possibilità di applicare una forza e causare uno spostamento delle pale. L’energia delle pale che girano viene poi convertita in energia elettrica e fornita alle industrie per far funzionare gli elettrodomestici. Il vento in movimento ha energia meccanica sotto forma di energia cinetica ed è per questo che è capace di lavorare sulle pale.

Tutti questi esempi dimostrano come l’energia meccanica sia la capacità di lavorare.

La formula dell’energia meccanica

La formula dell’energia meccanica è la somma delle due energie, cinetica e potenziale. Quindi, E = K+U.

Il joule è l’unità di misura di energia, lavoro, calore del Sistema Internazionale. Un multiplo del joule è il kilojoule pari a 1000 joule.

Un kilojoule corrisponde a 0,28 Wh – 0,24 kcal – 107 erg – 0,95 BTU – 740,74 ft∙lb.

Il principio di conservazione dell’energia meccanica stabilisce che: “in un sistema isolato in cui agiscono solo forze conservative l’energia meccanica si conserva”.

Cosa si intende per sistema isolato? Si tratta di un sistema in cui i corpi non sono soggetti a forze esterne, o nel caso ci siano esse non devono compiere lavoro sul sistema.

Solo per le forze conservative è possibile definire un’energia potenziale. Sono forze conservative: la forza peso e la forza elastica.

Un esempio di forza non conservativa è la forza d’attrito. Anche se in natura non esistono forze non conservative, la forza d’attrito è considerata non conservativa sia perché non è costante in direzione e verso, sia perché gli effetti che produce non sono conteggiati nel computo dell’energia meccanica.

Principio di conservazione dell’energia: esempio

Prendiamo come esempio le montagne russe. Senza le forze di attrito siamo in presenza della sola forza peso che muove i vagoncini. La reazione vincolare dei binari è una forza esterna che non compie lavoro. Ne consegue che l’energia meccanica si conserva.

Se nel punto più alto il trenino ha un’energia cinetica pari a 2000 J e un’energia potenziale gravitazionale di 28.000 J, l’energia meccanica secondo la formula e definizione ammonta a 30.000 J. Supponiamo che nel punto più basso l’energia potenziale scenda a 5000 J, mentre l’energia cinetica aumenti a 25000 J perché è aumentata la velocità. La loro somma è sempre 30.000 J.

Questo dimostra che l’energia cinetica e potenziale si trasformano continuamente l’una nell’altra lasciando inalterata la loro somma.

Che cos’è l’energia meccanica totale

Questa forma di energia è semplicemente la somma, come abbiamo detto prima, dell’energia potenziale e dell’energia cinetica. Viene indicata come TME.

TME = PE + KE

In certi casi l’energia meccanica totale è un valore costante, in altri è un valore variabile. Essa è in grado di lavorare su un altro oggetto.