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P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.1 L’ENERGIA Lavoro Energia Conservazione dell’energia totale.

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1 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.1 L’ENERGIA Lavoro Energia Conservazione dell’energia totale Energia cinetica e potenziale Conservazione dell’energia meccanica Forze conservative e dissipative Potenza Rendimento di una macchina

2 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.2 Lavoro s   F  L = F || s = F s || J = N m lavoro = forza || spostamento = forzaspostamento || Simile al concetto di sforzo, ma dipendente dalla direzione relativa tra forza e spostamento SI cgs pratici joule erg  energia (kWh, cal, eV,...) Relazione tra joule e erg: 1 J = 1 N m = (10 5 dine) (10 2 cm) = 10 7 dine cm = 10 7 erg Es. Camminando con una valigia in mano: in piano  L=0 in salita  L<0 in discesa  L>0 Es. joule

3 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.3 Energia Energia = capacità potenziale di compiere lavoro meccanico stessa unità di misura del lavoro: joule - cinetica - potenziale gravità - potenziale elastica - potenziale elettrica - termica (calore) - chimica - nucleare L’energia si manifesta in forme diverse e si puo’ trasformare da una forma all’altra. Il lavoro compiuto su un corpo diventa energia immagazzinata, cioe’ capacita’ di compiere ulteriore lavoro. PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA In un sistema isolato, l’energia totale rimane costante. L’energia non si crea e non si distrugge: si trasforma!

4 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.4 Energia cinetica Ogni corpo in movimento e’ dotato di energia in base alla sua massa e alla sua velocita’ Energia cinetica: T = ½ mv 2 Aumento di velocita’ = somministrazione di energia Teorema dell’energia cinetica (conservazione dell’energia ) L =  T = T 2 -T 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 2 1 Il lavoro compiuto da una forza su un corpo in moto e’ uguale alla variazione della sua energia cinetica.

5 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.5 Forze conservative e dissipative - 1 A B (1) (2) (3) Una forza e’ conservativa se il lavoro compiuto contro di essa per spostare un corpo dal punto A al punto B non dipende dal cammino seguito, ma solo dalla posizione relativa dei punti A e B. In questo caso il corpo “immagazzina” questo lavoro sotto forma di energia potenziale, riutilizzabile per compiere altro lavoro. Se invece il lavoro dipende dal cammino seguito, viene perduto sotto forma di energia non riutilizzabile (es. energia termica –calore- negli attriti) e la forza e’ detta dissipativa.

6 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.6 Forze conservative e dissipative - 2 Una forza e’ conservativa se il lavoro compiuto contro di essa per spostare un corpo dal punto A al punto B e’ uguale e contrario al lavoro compiuto per farlo ritornare da B a A, indipendentemente dal cammino seguito. Quindi il lavoro di “andata e ritorno” lungo qualunque traiettoria chiusa e’ nullo. Definizione equivalente: A B (1) (2) (3) FAFA FAFA A B s   s   Lavoro delle forze di attrito (sempre contrarie allo spostamento): L AB (< 0) + L BA (<0) = L tot <0 sempre negativo (mai nullo) Es.

7 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.7 Sistema circolatorio: gli attriti Il sistema circolatorio e’ un circuito chiuso: in presenza di forze conservative L=  T=0 in presenza di forze dissipative (attriti) L=  T<0  T<0   v<0  v 2

8 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.8 Energia potenziale gravitazionale hA hA A h = h A –h B hBhB linee di forza x y z suolo p = mg B  Lavoro compiuto da/contro la forza peso nella caduta da A a B nel sollevamento da B a A F = mg || s=h=h A -h B  L = mg(h A -h B ) Energia potenziale gravitazionale: U = mgh = mgh A -mgh B Dipende solo dall’altezza h rispetto al suolo (coord.z), non dalle coord. orizzontali x e y L’energia potenziale e’ relativa a un punto di riferimento arbitrario (dipende dal “dislivello” tra due punti, non dall’altezza assoluta)

9 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.9 Conservazione dell’energia meccanica Energia meccanica = energia cinetica T + energia potenziale U CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA MECCANICA In un campo di forze conservative (es.moto senza attriti sotto l’azione della forza peso), la somma dell’energia cinetica e potenziale rimane costante. In generale, in un campo di forze conservative: L =  T = T B -T A  T B -T A = U A –U B  T A +U A = T B +U B L = U A –U B 

10 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.10 Moto di caduta dei gravi Trascurando gli attriti, l’energia totale (meccanica) e’ costante: E tot = T in + U in = T fin + U fin all’inizio: T in =0, U in =mgh alla fine: T fin = ½ mv 2, U fin =0 E tot = mgh = ½ mv 2 altezza iniziale velocita’ finale h = v 2 /2g v = 2gh (indipendenti dalla massa) h m

11 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.11 Potenza meccanica potenza = lavoro compiuto tempo impiegato Una macchina e’ tanto piu’ “potente” quanto piu’ riesce a fornire una certa prestazione nel minor tempo possibile. Definizione equivalente: Potenza = forza velocita’ MKS: watt cgs: ergs pratico: hp=735 watt kilowattora: 1kWh = 1kW1h = 10 3 W3600 s = J  unita’ di lavoro, non di potenza P = L/  t W = J/s watt

12 P.Montagna set-14 L’energia Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.12 Rendimento di una macchina rendimento = lavoro utile prodotto energia totale impiegata  = (100) L/E tot % adimensionale In presenza di attriti, una parte dell’energia fornita va dispersa sotto forma di calore e non puo’ essere utilizzata per gli scopi richiesti. Rendimento del cuore:  % Processi biochimici  contrazione muscolare  produzione di energia potenziale chimica  Lavoro meccanico + calore Es.  <1 (<100%)


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