Energia alle macchine
Per produrre qualunque azione una macchina ha bisogno di una sorgente di energia: questa energia può venire dai muscoli, dai motori, dalle pile o dalle centrali elettriche.
Energia che si trasferisce e si trasforma
Una macchina che prende l’energia da una sorgente e la utilizza per svolgere un lavoro trasferisce l’energia dalla sorgente al luogo dove è richiesta.
Una macchina efficiente trasferisce la giusta quantità di energia al posto esatto.
Non si può ottenere una maggiore quantità di energia rispetto a quella che viene messa dentro la macchina, la quantità di energia totale trasferita non cambia.
Le macchine
Possono trasferire o trasformare energia ma la quantità totale di energia rimane sempre la stessa.
Fluidi e correnti elettriche
Molte macchine usano fluidi (liquidi o gas) o elettricità per trasferire l’energia da una parte ad un’altra (gli escavatori).
Le macchine meccaniche sono alimentate dall’energia cinetica, chimica o termica, le macchine elettriche ed elettroniche sono alimentate dall’energia elettrica.
Secondo il principio di conservazione dell’energia “l’energia non si crea né si distrugge, ma passa da una forma all’altra” può quindi avere forme diverse, come ad esempi:
- Energia meccanica (di movimento) = Energia potenziale(EP) + Energia cinetica (EC)
- Energia termica (calore)
- Energia luminosa (luce)
- Energia chimica (immagazzinata nei legami chimici, che può liberarsi a seguito di una reazione chimica)
- Energia elettrica (dovuta allo spostamento di cariche elettriche)
- Energia atomica (presente nei nuclei degli atomi)
La fonte principale di energia è il sole che ne fornisce circa il 95%, il restante 5% proviene dalla terra (geotermica, maree e materiali fissili).
La perdita di energia
Parte dell’energia che consente ad una macchina di compiere il suo lavoro è persa durante il processo.
Tutte le macchine con parti mobili sono soggette ad un attrito, una forza resistente, passiva, che si oppone al moto.
La forza d’attrito non è sempre dannosa, senza di essa ad esempio, noi non potremmo camminare, le ruote di un’automobile non potrebbero far presa sul terreno e consentire la marcia del veicolo (paracadute, ecc.).
- Attrito di primo distacco (quando si spinge un oggetto pesante, all’inizio bisogna esercitare uno sforzo maggiore). Per diminuire le perdite di energia causata dall’attrito bisogna lubrificare le parti a contatto.
- Attrito volvente è minore dell’attrito radente
Lavoro (Joule)
È la quantità di forza applicata moltiplicata per lo spostamento generato dalla forza.
- Lavoro = forza x spostamento
- Joule = Newton x metri
La potenza esprime la rapidità con la quale il lavoro viene fatto e viene misurato in watt.
- Potenza = lavoro/tempo
- Watt = Joule/s
L’energia viene definita come “la capacità di un corpo o di un sistema di corpi di compiere un lavoro” e come il lavoro, viene misurato in Joule.
Classificazione delle macchine (classificate in base alla funzione che svolgono)
- Macchine motrici: forniscono energia meccanica a partire da un’altra forma di energia (motori idraulici, motori termici, motori eolici, motori elettrici)
- Macchine o organi di trasmissione: ricevono l’energia meccanica e la trasmettono ad altre macchine (cinghie, bielle, catene, ruota dentata, ecc.)
- Macchine operatrici: utilizzano l’energia meccanica per compiere un lavoro (macchine utensili, macchine agricole, macchine per il trasporto di persone e di merci, macchine per la trasmissione delle informazioni, macchine comuni, ecc.)