Il lavoro

Se si applica una forza ad un oggetto e lo si muove per una certa distanza, si afferma che si è compiuto un "lavoro". Se si sollecita un oggetto qualsiasi, lungo una superficie che fa resistenza, con una forza che vince l'attrito e sposta l'oggetto in questione lungo una distanza s, si esegue un "lavoro". "Lavoro" è dunque il prodotto di una forza applicata a un corpo da un agente esterno per la distanza su cui quella forza agisce sul corpo. Se la direzione dello spostamento coincide con la direzione della forza applicata il lavoro eseguito dalla forza F per muovere la massa m di una distanza s è:

L = Fs

Se invece la direzione della forza forma, con la direzione del moto, un angolo q . Questa forza può essere considerata come la somma vettoriale di due forze indipendenti (le componenti x e y):

F_x = Fcosq

F_y = Fsenq

La componente F è diretta lungo lo spostamento; il lavoro da essa eseguito è pertanto:

F_X = Fcosq

Nella direzione y non si ha spostamento; quindi, la componente F_x non esegue lavoro. La nostra definizione di lavoro deve di conseguenza risultare: il lavoro è il prodotto della forza nella direzione dello spostamento per il valore dello spostamento prodotto dalla forza. Da questa definizione possiamo dedurre:

1. il lavoro è nullo, se è nullo lo spostamento, o se è nulla la forza, o se, non essendo nulli nessuno dei due, sono fra loro perpendicolari; 

2. il lavoro è positivo quando la proiezione della forza sullo spostamento ha lo stesso verso di questo, ed è negativo se ha verso opposto; 

3. quando la forza e lo spostamento hanno la stessa direzione, il lavoro è uguale al prodotto del modulo della forza per lo spostamento, con il segno + o -, a seconda che siano dello stesso verso o di verso opposto.

L'unità di misura del lavoro è, nel sistema MKS, il joule (J), cioè il lavoro che effettua una forza di un N per spostare il suo punto di applicazione di un m nella sua stessa direzione e verso.

 (unict.it/fisfarm)

 Cioè possiamo dire che in fisica il Lavoro L si calcola facendo il prodotto scalare dei vettori Forza e Spostamento

Un atleta che fa il sollevamento pesi  quando alza i pesi compie lavoro, che è pari alla forza che applica per sollevare i pesi, moltiplicato per l'altezza a cui li solleva.  

Non compie lavoro finché li tiene fermi in aria (anche se fa molta fatica), perché c'è forza ma non c'è spostamento, mentre quando li lascia cadere a terra il lavoro è fatto dalla forza peso ed è (circa) uguale al lavoro fatto dal sollevatore quando li ha alzati

Se su un sistema fisico di massa m agisce una certa forza risultante R diversa da zero, il sistema accelera con accelerazione costante pari a R/m. 

Ma subito ci chiediamo: quanto dura questo moto accelerato? 

La risposta è che dura fintanto che dura quella forza risultante R.

Allora sarà interessante introdurre due nuovi concetti che ci raccontino come si svolge la storia del nostro sistema, e cioè 

1. la forza per il tempo durante il quale la forza agisce

2. la forza per lo spostamento lungo il quale la forza agisce

• nel primo caso  dobbiamo fare il prodotto di un vettore (la forza) per uno scalare (il tempo) e otteniamo un vettore che ha la medesima direzione e lo stesso verso del vettore forza e come modulo il prodotto del modulo di F per t.

il risultato ottenuto viene definito come "impulso" (ne parliamo alla prossima lezione)

• nel secondo caso  dobbiamo fare il prodotto scalare di due vettori (la forza e lo spostamento ) e si ottiene uno scalare che vale F*s*cosFS

il risultato ottenuto viene definito come "lavoro"

II concetto di "energia" è strettamente legato all'idea di "lavoro".