Secondo il principio di conservazione dell’energia meccanica, l’energia meccanica di un sistema isolato rimane costante nel tempo, poiché il sistema è privo di attrito e altre forze non conservative. In qualsiasi situazione reale sono presenti forze di attrito e altre forze non conservative, ma in molti casi i loro effetti sul sistema sono così piccoli che il principio di conservazione dell’energia meccanica può essere utilizzato come una giusta approssimazione. Sebbene l’energia non possa essere creata o distrutta in un sistema isolato, può essere convertita in un’altra forma di energia.

Swinging pendulumEdit

In un sistema meccanico come un pendolo oscillante sottoposto alla forza gravitazionale conservativa in cui le forze di attrito come la resistenza dell’aria e l’attrito al perno sono trascurabili, l’energia passa avanti e indietro tra l’energia cinetica e quella potenziale ma non lascia mai il sistema . Il pendolo raggiunge la massima energia cinetica e la minima energia potenziale quando è in posizione verticale, perché avrà la massima velocità e sarà più vicino alla Terra in questo punto. D’altra parte, avrà la sua minima energia cinetica e la massima energia potenziale nelle posizioni estreme della sua oscillazione, perché ha velocità zero ed è più lontano dalla Terra in questi punti. Tuttavia, quando si prendono in considerazione le forze di attrito, il sistema perde energia meccanica ad ogni oscillazione a causa del lavoro negativo svolto sul pendolo da queste forze non conservative.

IrreversibilitàModifica

Che la perdita di energia meccanica in un sistema abbia sempre comportato un aumento della temperatura del sistema è noto da molto tempo, ma è stato il fisico dilettante James Prescott Joule il primo ha dimostrato sperimentalmente come una certa quantità di lavoro svolto contro l’attrito abbia prodotto una quantità definita di calore che dovrebbe essere concepita come i movimenti casuali delle particelle che compongono la materia. Questa equivalenza tra energia meccanica e calore è particolarmente importante quando si considerano oggetti in collisione. collisione elastica, l’energia meccanica viene conservata – la somma delle energie meccaniche degli oggetti in collisione è la stessa prima e dopo la collisione. Dopo una collisione anelastica, tuttavia, l’energia meccanica del sistema sarà cambiata. Di solito, l’energia meccanica prima della collisione è maggiore dell’energia meccanica dopo la collisione. Nelle collisioni anelastiche, una parte dell’energia meccanica degli oggetti in collisione viene trasformata in energia cinetica delle particelle costituenti. Questo aumento dell’energia cinetica delle particelle costituenti è percepito come un aumento della temperatura. La collisione può essere descritta dicendo che parte dell’energia meccanica degli oggetti in collisione è stata convertita in una pari quantità di calore. Pertanto, l’energia totale del sistema rimane invariata sebbene l’energia meccanica del sistema si sia ridotta.

SatelliteEdit

E meccanica = U + K {\ displaystyle E _ {\ mathrm {meccanica}} = U + K} E meccanica = – GM mr + 1 2 mv 2 {\ displaystyle E _ {\ mathrm {meccanica}} = – G {\ frac {Mm} { r}} \ + {\ frac {1} {2}} \ mv ^ {2}}

Se il satellite è in orbita circolare, l’equazione del risparmio energetico può essere ulteriormente semplificata in

E meccanica = – GM m 2 r {\ displaystyle E _ {\ mathrm {meccanico}} = – G {\ frac {Mm} {2r}} \}

poiché nel moto circolare, la seconda legge del moto di Newton può essere considerata

GM mr 2 = mv 2 r {\ displaystyle G {\ frac {Mm} {r ^ {2}}} \ = {\ frac {mv ^ {2}} {r}} \}