Re: energia cinetica ---> calore ?

From: alessandro volturno <alessandro.volturno_at_libero.it>
Date: Sun, 23 May 2021 10:37:17 +0200

Il 22/05/2021 22:23, Mirko ha scritto:
> Salve,
>
> se con una lima riduco a limatura un pezzo di ferro, l'energia
> cinetica finisce tutta in calore ?
> Cioè è simile al freno a disco di un'auto nella quale Ec finisce
> in calore tra disco del freno e penza ?
>
> La stessa cosa vale anche per gli urti ?
>
> grazie
>

Il calore di un corpo è un indice del contenuto energetico che esso
possiede. Se la lima ed il blocco di ferro sono all'inizio in equilibrio
termico (cioè hanno la stessa temperatura) è ragionevole pensare che
gran parte dell'energia meccanica della lima venga convertita per
attrito in calore. Ma questo non è il solo fenomeno che si osserva.
Il ferro e la lima sono strutture cristalline ordinate (come quasi tutti
i solidi). Quando la lima esercita la sua azione meccanica sul
blocchetto di ferro, una parte del lavoro meccanico di sfregamento per
attrito incrementa il contenuto energetico degli atomi della lima e del
blocchetto. Questa energia viene distribuita tra energia rotazionale,
vibrazionale e cinetica degli atomi di entrambi i corpi. Quando la somma
dell'energia cinetica, rotazionale e vibrazionale degli atomi del
cristallo, localmente, supera la quantità di energia che li tiene
assieme nel cristallo, si ottiene la rottura del reticolo cristallino
andando a costituire il truciolato (limatura).

Naturalmente occorre che i due materiali in questione (lima e blocchetto
di ferro) possiedano durezza differente perché il fenomeno descritto è
generale e avviene su entrambi i materiali in contatto e potrebbe
portare allo sfaldamento di entrambi i corpi.

Nel caso dei metalli (un reticolo tridimensionale di atomi - che possono
essere considerati come piccolissime estensioni di materia con simmetria
sferica), il contributo rotazionale all'energia richiesta per la
disgregazione del cristallo è trascurabile. Se invece si avessero solidi
cristallini di struttura interna più complessa, ad esempio cristalli di
nitrato di ammonio, lo sfaldamento sarebbe dovuto anche al contributo
rotazionale impartito ai singoli ioni i quali possiedono una loro
struttura geometrica più complessa (risultando aggregati di atomi)
rispetto ai singoli atomi metallici, in quanto il solido cristallino in
questo caso sarebbe costituito dall'alternarsi ordinato di ioni positivi
(NH4+) e ioni negativi (NO3-).

Ovviamente la durezza di un cristallo ionico o di uno covalente non è
paragonabile a quella dei metalli, ma sfregando una lima su di essi il
risultato prodotto (con meno sforzo) è lo stesso (incremento energetico
e sfaldamento del reticolo).

L'urto è un esempio di interazione meccanica.
Come è noto martellando un metallo si ottiene l'innalzamento della
temperatura dei corpi che vengono in contatto, ma si osserva anche la
deformazione dei reticoli cristallini che potrebbero in alcuni casi
addirittura spezzarsi. Al livello microscopico i fenomeni sono simili a
quelli descritti in precedenza.
La sola differenza consiste nelle proprietà dei metalli dette
malleabilità e duttilità, cioè la capacità di essere ridotti in lamine o
in fili sottili. Questi fenomeni sono il risultato dell'alterazione
(riassestamento della distribuzione spaziale) del reticolo cristallino
metallico, che può avvenire senza causarne la rottura.
Received on Sun May 23 2021 - 10:37:17 CEST