Esempio di lavoro meccanico

Il lavoro meccanico è stato definito come azione di una Forza di valore costante su una Distanza. Di solito è illustrato mostrando una persona che sposta un corpo da un punto all'altro in orizzontale.

Il Il lavoro è la grandezza fisica che risulta dalla moltiplicazione della Forza applicata sull'intera Distanza, avente come unità il Newton-metro o Joule, per il Sistema Internazionale di Misure SI. Un Joule è il lavoro svolto con una Forza di 1 Newton lungo 1 metro.

Work è una grandezza scalare generalmente rappresentata dalla lettera W, alludendo alla parola inglese “Work”.

Il suo calcolo è espresso come segue:

Se si osserva la Forza applicata come la risultante di un sistema di Forze, è possibile scoprire le forze minori coinvolte. Ad esempio, quando si solleva un carico con una puleggia, il peso del carico e la tensione del cavo della puleggia agiscono come forze. Il risultato tra i due determinerà se il carico rimane statico o inizia a salire. Quello che fai alla fine è moltiplicare per la distanza dell'offset.

Se il lavoro meccanico viene svolto a favore di un movimento già stabilito nel corpo, viene preso come positivo e si aggiunge al lavoro che già lo sta interessando, generando un lavoro totale maggiore.

Se il lavoro meccanico è svolto contro il movimento del corpo, è preso come negativo e si oppone al lavoro che già colpisce il corpo, generando una conseguente opera minore che invade il corpo.

Lavoro meccanico applicato con un angolo di inclinazione

 Ci sono casi in cui la forza per spostare l'oggetto non viene applicata orizzontalmente, sincronizzata con il movimento, ma ad angolo rispetto al piano. Ciò significa che la Forza esercitata agisce con una componente verticale e con una componente orizzontale.

Nello spostamento orizzontale del corpo, la componente verticale non viene considerata perché l'oggetto non si alza in aria, ma si muove solo orizzontalmente, quindi procediamo solo a calcolare la Forza che sta veramente generando il movimento.

Per calcolare la Forza che ci interessa, moltiplichiamo la Forza applicata per il Coseno dell'angolo. In questo modo la Forza si traduce nella corretta Direzione del movimento.

Quindi, applicando questa uguaglianza al calcolo del Lavoro Meccanico, la nuova formula sarebbe:

Lavoro meccanico in termodinamica

Per comprendere meglio il contesto Termodinamico del Lavoro Meccanico, è necessario definire il Sistema Chiuso. Un sistema chiuso è un contenitore con un volume definito e in cui non c'è scambio di materia con l'esterno. C'è solo scambio di energia e lavoro attraverso il confine o il bordo del sistema.

In Termodinamica, il lavoro meccanico viene utilizzato nei sistemi chiusi, sia come supporto che come conseguenza del fenomeno che si verifica al loro interno.

Verrà utilizzato come esempio un sistema cilindro-pistone. Se un gas è racchiuso in un sistema cilindro-pistone e la temperatura o la pressione vengono variate, le particelle di gas Risponderanno a questo cambiamento all'interno del contenitore, raggruppandosi o disperdendosi in misura maggiore, generando una variazione nel volume inteso.

Questo fenomeno di espansione o compressione si manifesta ancora più chiaramente quando si verifica una reazione chimica. la cui stechiometria implica una variazione di volume, dai reagenti ai prodotti, come la combustione.

Il motore a combustione interna è l'esempio più chiaro dell'applicazione del lavoro meccanico ottenuto da una reazione chimica in un sistema termodinamico chiuso.

Il parametro con cui si calcola il Lavoro in un Sistema Termodinamico Chiuso è dato dalla seguente espressione:

L'equazione di cui sopra calcola il lavoro, moltiplicando la pressione del sistema per la variazione di volume. Per variazioni infinitesimali, abbiamo l'espressione differenziale:

E l'espressione tra i volumi iniziale e finale V1 e V2 è integrata.

Ci sono due casi in cui l'equazione può essere integrata:

Primo caso: La pressione è costante nel sistema, quindi solo il suo valore numerico è posto a sinistra del simbolo di integrazione e solo il dV differenziale è integrato.

Secondo caso: La pressione è funzione del volume P = Φ (V), che è inserito tra il simbolo di integrazione e il differenziale, e procedere alla sua integrazione, termine per termine, tra i limiti V1 e V2, fino a raggiungere il valore numerico di W.

Lo spostamento di un pallet con un carrello elevatore comporta un lavoro meccanico verticale per sollevarlo e orizzontale per portarlo al suo posto.

In un motore a combustione interna, la reazione della benzina con la scintilla della candela e dell'aria genera un espansione nel pistone che fornisce lavoro meccanico, che sarà successivamente comunicato all'albero motore e al pneumatici.

Nei porti commerciali, dove sono presenti numerosi cassoni metallici di grandi dimensioni, vengono utilizzate gru per spostarli. Innanzitutto, la puleggia della gru viene agganciata alla scatola; si alza in aria a velocità moderata, e alla fine si sposta orizzontalmente per depositarlo al suo posto sulla nave dove deve essere trasportato.

Nelle centrali termoelettriche, il vapore generato dalla caldaia aziona le turbine, le quali comunicano il lavoro meccanico ai generatori per produrre l'energia elettrica.

I bracci meccatronici che operano negli assemblatori automobilistici, applicano lavoro meccanico alle parti, per trasportarle e sistemarle nel loro sito di progettazione.

Un lavoro meccanico un po' più astratto è quello che genera il vento contro le vele di una barca per spostarla sopra l'acqua. Ecco perché le vele sono disposte strategicamente, per sfruttare appieno il lavoro che l'aria in movimento può portare.

Nel settore edile, i trascabos si occupano di applicare lavorazioni meccaniche alla materia prima, sia essa sabbia, cemento, calce. Dapprima si raccoglie quanto più possibile nel secchio, poi viene trasportato e infine depositato dove verrà utilizzato. Sono da tre a quattro lavorazioni meccaniche.