1
00:00:14,157 --> 00:00:15,056
Nella fisica

2
00:00:15,056 --> 00:00:18,130
I concetti di lavoro e potenza ci aiutano a comprendere

3
00:00:18,130 --> 00:00:21,103
e spiegare un sacco di cose nel nostro universo.

4
00:00:21,318 --> 00:00:23,153
Iniziamo con il lavoro.

5
00:00:23,153 --> 00:00:26,214
Il lavoro positivo è l'energia che introduciamo in un sistema,

6
00:00:26,214 --> 00:00:29,690
ed il lavoro negativo è l'energia che viene trasferita all'esterno.

7
00:00:29,690 --> 00:00:33,942
Immaginte il lavoro positivo come ad una somma di denaro che viene aggiunta al vostro conto in banca

8
00:00:33,942 --> 00:00:36,756
e al lavoro negativo come al denaro prelevato.

9
00:00:36,756 --> 00:00:37,640
Nel sistema metrico

10
00:00:37,640 --> 00:00:40,997
lavoro ed energia sono misurati in joule.

11
00:00:41,182 --> 00:00:46,329
Come esempio prendiamo un bell'orologio antico a pendolo.

12
00:00:46,329 --> 00:00:48,327
Trasferiamo l'energia all'orologio

13
00:00:48,327 --> 00:00:49,272
quando giriamo la manovella

14
00:00:49,272 --> 00:00:52,229
per sollevare i due pesanti cilindri al suo interno.

15
00:00:52,229 --> 00:00:54,996
Facendo questo, stiamo esercitando una forza positiva,

16
00:00:54,996 --> 00:00:57,042
aggiungendo energia all'orologio,

17
00:00:57,057 --> 00:01:00,779
e quell'energia viene immagazzinata come potenziale energia gravitazionale.

18
00:01:00,794 --> 00:01:04,891
Possiamo calcolare l'ammontare di lavoro esercitato moltiplicando la forza che applichiamo

19
00:01:04,891 --> 00:01:08,185
per la distanza su cui applichiamo la forza.

20
00:01:08,200 --> 00:01:09,673
Per sollevare i cilindri metallici

21
00:01:09,688 --> 00:01:12,673
dobbiamo applicare una forza equivalente al loro peso.

22
00:01:12,673 --> 00:01:14,867
Il che vuol dire: uguale alla forza di gravità

23
00:01:14,867 --> 00:01:17,665
che attrae verso terra i cilindri.

24
00:01:17,665 --> 00:01:19,717
Questi cilindri pesano 300 newton,

25
00:01:19,717 --> 00:01:20,687
sono piuttosto pesanti,

26
00:01:20,687 --> 00:01:23,097
circa quanto un piccolo bambino,

27
00:01:23,097 --> 00:01:25,260
e se li solleviamo di mezzo metro,

28
00:01:25,260 --> 00:01:27,128
allora applichiamo 300 newton

29
00:01:27,128 --> 00:01:28,614
moltiplicato per 0,5 metri

30
00:01:28,614 --> 00:01:31,857
o 150 joule di lavoro.

31
00:01:31,857 --> 00:01:35,090
La potenza è la velocità con la quale l'energia viene trasferita.

32
00:01:35,090 --> 00:01:36,390
Quando diciamo velocità,

33
00:01:36,390 --> 00:01:38,326
intendiamo la quantità di energia trasferita

34
00:01:38,326 --> 00:01:40,080
per unità di tempo.

35
00:01:40,080 --> 00:01:42,232
Nel sistema metrico, la potenza viene misurata in

36
00:01:42,232 --> 00:01:44,015
joule per secondo,

37
00:01:44,015 --> 00:01:45,734
o watt.

38
00:01:45,739 --> 00:01:48,143
Il termine watt risale a James Watt,

39
00:01:48,143 --> 00:01:50,611
il quale inventò il termine di cavallo vapore

40
00:01:50,611 --> 00:01:51,757
per misurare la quantità di potenza

41
00:01:51,757 --> 00:01:54,619
prodotta da un tipico cavallo da traino.

42
00:01:54,619 --> 00:01:57,838
James Watt era un produttore di macchine a vapore industriali

43
00:01:57,838 --> 00:01:59,555
e voleva che i suoi potenziali clienti

44
00:01:59,555 --> 00:02:01,287
riuscissero a fare paragoni

45
00:02:01,287 --> 00:02:04,298
tra le sue macchine a vapore e una quantità a loro conosciuta,

46
00:02:04,298 --> 00:02:07,265
la potenza che potevano ottenere da un cavallo al lavoro.

47
00:02:07,265 --> 00:02:08,882
Fu un'idea così utile

48
00:02:08,882 --> 00:02:11,475
che l'unità del sistema metrico per la potenza, il watt,

49
00:02:11,475 --> 00:02:13,696
prese il nome proprio da James Watt.

50
00:02:13,712 --> 00:02:15,772
Seguendo i passi di James Watt

51
00:02:15,772 --> 00:02:17,578
paragoniamo l'ammontare di potenza che ci vuole

52
00:02:17,578 --> 00:02:19,424
per far funzionare questo orologio a pendolo

53
00:02:19,424 --> 00:02:21,393
alla potenza di cui avremmo bisogno per illuminare

54
00:02:21,393 --> 00:02:24,404
una lampadina da 100 watt.

55
00:02:24,404 --> 00:02:26,058
Possiamo misurare la potenza che una persona usa

56
00:02:26,058 --> 00:02:27,379
per caricare l'orologio

57
00:02:27,379 --> 00:02:29,385
dividendo la quantità di lavoro svolto

58
00:02:29,385 --> 00:02:31,341
per il tempo necessario ad eseguirlo.

59
00:02:31,341 --> 00:02:33,703
Se ci vuole 1 minuto, o 60 secondi,

60
00:02:33,703 --> 00:02:35,093
per sollevare i pesi,

61
00:02:35,093 --> 00:02:37,531
allora sta esercitando 150 joule

62
00:02:37,531 --> 00:02:39,234
diviso per 60 secondi,

63
00:02:39,234 --> 00:02:43,124
o 2,5 joule per secondo di lavoro.

64
00:02:43,124 --> 00:02:45,198
Sta aggiungendo energia all'orologio

65
00:02:45,198 --> 00:02:48,459
nella misura di 2,5 watt.

66
00:02:48,459 --> 00:02:50,176
È necessaria 40 volte quell'energia

67
00:02:50,176 --> 00:02:53,272
per illuminare una lampadina da 100 watt.

68
00:02:53,272 --> 00:02:54,918
Prima di far funzionare l'orologio

69
00:02:54,918 --> 00:02:56,279
l'energia viene immagazzinata

70
00:02:56,279 --> 00:02:59,296
come potenziale energia gravitazionale dei cilindri.

71
00:02:59,296 --> 00:03:00,340
È come il vostro conto in banca

72
00:03:00,340 --> 00:03:02,749
quando avete appena depositato del denaro.

73
00:03:02,749 --> 00:03:04,460
Ma se lasciamo funzionare l'orologio,

74
00:03:04,460 --> 00:03:06,752
i cilindri lentamente si muoveranno verso il basso.

75
00:03:06,752 --> 00:03:08,542
L'energia sta abbandonando l'orologio.

76
00:03:08,542 --> 00:03:10,771
Infatti, quando i cilindri raggiungono il fondo,

77
00:03:10,771 --> 00:03:13,630
tutta l'energia che avevamo inserito avrà abbandonato l'orologio.

78
00:03:13,630 --> 00:03:16,272
Quindi, quanta potenza usa l'orologio?

79
00:03:16,272 --> 00:03:20,746
In altre parole, quanti joule di energia per secondo abbandonano l'orologio

80
00:03:20,761 --> 00:03:25,724
se i cilindri impiegano 5 giorni per ritornare alla loro posizione iniziale?

81
00:03:25,748 --> 00:03:26,840
Possiamo calcolarlo

82
00:03:26,840 --> 00:03:29,039
perché sappiamo già quanto lavoro abbiamo esercitato

83
00:03:29,039 --> 00:03:30,600
quando abbiamo sollevato i cilindri:

84
00:03:30,600 --> 00:03:32,469
150 joule.

85
00:03:32,469 --> 00:03:35,754
Ma questa volta, ci sono voluti 5 giorni invece di un minuto.

86
00:03:35,754 --> 00:03:38,830
Cinque giorni è 5 x 24

87
00:03:38,830 --> 00:03:40,051
x 60

88
00:03:40,051 --> 00:03:41,548
di nuovo x 60

89
00:03:41,548 --> 00:03:44,640
o 432 000 secondi.

90
00:03:44,640 --> 00:03:47,048
Quindi dividiamo il lavoro esercitato per il tempo

91
00:03:47,048 --> 00:03:53,231
e otteniamo come risultato circa 0,00035 joule per secondo

92
00:03:53,231 --> 00:03:56,791
o circa 0,35 milliwatt.

93
00:03:56,791 --> 00:03:58,719
È una minuscola quantità di potenza.

94
00:03:58,719 --> 00:04:00,607
Questo orologio usa così poca potenza

95
00:04:00,607 --> 00:04:03,906
che riuscireste a farne funzionare 300 000

96
00:04:03,906 --> 00:04:07,812
sfruttando la stessa potenza che ci vuole per illuminare una sola lampadina da 100 watt.

97
00:04:07,812 --> 00:04:10,073
È vero! Potresti far funzionare un orologio in ogni casa

98
00:04:10,073 --> 00:04:13,448
in una città di medie dimensioni con quella potenza.

99
00:04:13,448 --> 00:04:15,232
È una conclusione piuttosto sbalorditiva

100
00:04:15,232 --> 00:04:16,363
e ci è voluta la conoscenza del lavoro

101
00:04:16,363 --> 00:04:18,783
e della potenza per capirlo.