| Escavatore | Pala | |
|---|---|---|
| Tempo (s) | 0,0 | 0,0 |
| Carichi | 0/0 | 0/0 |
| Lavoro (kJ) | 0,0 | 0,0 |
| Potenza media (kW) | — | — |
Un escavatore e una pala gommata devono caricare su un camion la stessa massa di materiale, sollevandola dello stesso dislivello. Il lavoro compiuto sul materiale è quindi identico.
Le due macchine però lavorano con ritmi diversi: una benna più grande o un ciclo più rapido permettono di finire prima. L’obiettivo è scoprire la grandezza che misura quanto rapidamente viene compiuto un lavoro: la potenza.
Imposta la massa di materiale da spostare e il dislivello h fra il punto di presa e il bordo del cassone: valgono per entrambe le macchine. Per ogni macchina scegli poi il carico per benna e la durata del ciclo, cioè il tempo di un giro completo: presa, sollevamento, scarico e ritorno.
Premi Avvia. Nel pannello Misure leggi tempo, carichi completati e lavoro; la potenza media compare quando una macchina ha finito. Il grafico mostra come cresce il lavoro nel tempo. Con Pausa puoi fermare la scena; Nuovo confronto azzera tutto e sblocca le impostazioni.
I tempi indicati sono quelli reali delle macchine: la velocità dell’animazione accelera solo la visione e non cambia i risultati.
Trascina la scena per ruotare la vista; usa la rotella per lo zoom e il tasto destro per spostarla. Sul telefono usa un dito per ruotare la vista e due per zoom e spostamento.
Per sollevare lentamente il materiale, la benna esercita su di esso una forza che equilibra il peso. Il lavoro di questa forza è l’opposto di quello del peso e dipende solo dalla massa sollevata e dal dislivello:
L = m g h
Durante i tratti orizzontali e le rotazioni la quota del materiale non cambia e il lavoro non aumenta: per questo il grafico cresce a gradini.
La potenza media è il rapporto fra il lavoro compiuto e il tempo impiegato:
P = L / Δt
Si misura in watt: 1 W = 1 J/s. Si usano spesso il kilowatt (1 kW = 1000 W) e, per i motori, il cavallo vapore (1 CV ≈ 735,5 W). A parità di lavoro, la potenza è inversamente proporzionale al tempo: metà tempo, potenza doppia.
Nel grafico lavoro–tempo la potenza media è la pendenza della retta tratteggiata che unisce l’origine al punto finale: la retta più ripida corrisponde alla macchina più potente.
Modello ideale: g = 9,81 m/s²; il materiale viene sollevato dalla quota di presa al bordo del cassone, poi cade nel cassone senza richiedere altro lavoro alla macchina. L’ultimo carico può essere parziale ma dura un ciclo intero. La potenza calcolata è solo quella utile al sollevamento del materiale: il motore di una macchina reale sviluppa una potenza molto maggiore, perché deve anche muovere braccio, benna e macchina e vincere gli attriti.
Prevedi il risultato, esegui l’esperimento e confronta ciò che osservi con la tua previsione.
