Una sfera è ferma sul bordo di un tavolo. Sotto, sul pavimento, c'è una lastra di vetro appoggiata alle estremità.
Una piccola forza spinge la sfera oltre il bordo: la sfera cade e rompe la lastra.
Se la stessa forza viene applicata direttamente alla lastra, nel punto in cui cadrebbe la sfera, non succede nulla.
Da dove viene l'energia che rompe il vetro? Non dalla spinta: è l'energia potenziale che la sfera possiede per la sua posizione in alto.
Prova le due situazioni e confronta l'energia che arriva alla lastra.
- STESSA FORZA SULLA LASTRA: la forza agisce direttamente sul vetro. La lastra resta intatta.
- SPINGI LA SFERA: la stessa forza spinge la sfera per 2 cm fino al bordo; la sfera cade e colpisce la lastra.
- Parametri: cambia massa della sfera e altezza del tavolo. Con una sfera leggera o un tavolo basso anche la caduta può non bastare a rompere il vetro.
- Forza: aumentala e osserva che il lavoro della spinta resta comunque piccolissimo rispetto all'energia potenziale.
RIPRISTINA rimette la sfera sul tavolo e ricompone la lastra.
Modello semplificato: si trascurano l'attrito, la resistenza dell'aria e l'energia di rotazione della sfera. La soglia di rottura è un valore didattico, non una proprietà reale del vetro.
La spinta compie un lavoro piccolissimo: la forza F agisce solo per un breve tratto d.
L = F · d
L'energia potenziale dipende dalla massa della sfera e dalla quota da cui scende:
U = m · g · h
Durante la caduta l'energia potenziale si trasforma in energia cinetica. All'impatto la sfera porta con sé:
Ec = L + m · g · h
La spinta serve solo a far cominciare la caduta. L'energia che rompe il vetro era già immagazzinata nel sistema sfera–Terra: l'ha fornita chi ha sollevato la sfera sul tavolo, e non dipende dalla forza che l'ha messa in moto.
