Quando viene chiesto di svolgere un compito fisicamente difficile, è probabile che una persona tipica dica "È troppo lavoro!" o "Ciò richiede troppa energia!"

Il fatto che queste espressioni siano usate in modo intercambiabile e che la maggior parte delle persone usi "energia" e "lavoro" per significare la stessa cosa quando si tratta della loro relazione con la fatica fisica , non è una coincidenza; come spesso accade, i termini della fisica sono spesso estremamente illuminanti anche se usati colloquialmente da gente ingenua.

Gli oggetti che possiedono energia interna per definizione hanno la capacità di fare lavoro
. Quando l'energia cinetica di un oggetto (energia del movimento; esistono vari sottotipi) cambia a seguito del lavoro svolto sull'oggetto per accelerarlo o rallentarlo, il cambiamento (aumento o diminuzione) nella sua cinetica l'energia è uguale al lavoro svolto su di essa (che può essere negativo).

Il lavoro, in termini di scienze fisiche, è il risultato di una forza che sposta o cambia la posizione di un oggetto con massa. "Il lavoro è forza per distanza" è un modo per esprimere questo concetto, ma come troverai, è una semplificazione eccessiva.

Poiché una forza netta accelera o modifica la velocità di un oggetto con massa, si sviluppa le relazioni tra il movimento di un oggetto e la sua energia sono un'abilità fondamentale per qualsiasi studente di fisica delle scuole superiori o del college. Il teorema energia-lavoro riunisce tutto questo in un modo pulito, facilmente assimilabile e potente.
Energia e lavoro definiti

L'energia e il lavoro hanno le stesse unità di base, kg ⋅ m ^{2 /s 2. A questo mix viene assegnata un'unità SI propria, la Joule. Ma il lavoro è di solito dato nel Newton-metro equivalente (N ⋅m). Sono quantità scalari, nel senso che hanno solo una grandezza; quantità vettoriali come F, a, v e d hanno sia una grandezza che una direzione.}

L'energia può essere cinetica (KE) o potenziale (PE), e in ogni caso si presenta in numerose forme. KE può essere traslazionale o rotazionale e coinvolgere il movimento visibile, ma può anche includere il movimento vibrazionale a livello molecolare e inferiore. L'energia potenziale è spesso gravitazionale, ma può essere immagazzinata in sorgenti, campi elettrici e altrove in natura.

Il lavoro netto (totale) svolto è dato dalla seguente equazione generale:

W < sub> net \u003d F _{net ⋅ d cos θ,}

dove F _{net è la forza netta nel sistema, d è lo spostamento dell'oggetto e θ è l'angolo tra lo spostamento e forzare i vettori. Sebbene sia la forza che lo spostamento siano quantità vettoriali, il lavoro è uno scalare. Se la forza e lo spostamento sono in direzioni opposte (come accade durante la decelerazione o una diminuzione della velocità mentre un oggetto continua sullo stesso percorso), allora cos θ è negativo e W net ha un valore negativo.
Definizione del teorema del lavoro-energia}

Conosciuto anche come principio del lavoro-energia, il teorema del lavoro-energia afferma che la quantità totale di lavoro svolto su un oggetto è uguale al suo cambiamento nell'energia cinetica (la cinetica finale energia meno l'energia cinetica iniziale). Le forze lavorano per rallentare gli oggetti e per accelerarli, oltre a muovere oggetti a velocità costante quando ciò richiede il superamento di una forza esistente.

Se KE diminuisce, allora il lavoro netto W è negativo. In parole, ciò significa che quando un oggetto rallenta, è stato fatto "lavoro negativo" su quell'oggetto. Un esempio è il paracadute di un paracadutista, che (fortunatamente!) Fa perdere il paracadutista al rallentatore. Tuttavia, il movimento durante questo periodo di decelerazione (perdita di velocità) è verso il basso a causa della forza di gravità, opposta alla direzione della forza di trascinamento dello scivolo.