Lavoro

u Biologia e Fisiologia

La materia vivente è in grado di trasformare l'energia, cioè di compiere del lavoro. Fondamentalmente le produzioni di lavoro appartengono a due tipi: a) produzione di lavoro meccanico il cui tipico esempio è lo spostamento della forza peso nel superare dislivelli di altezza; è lavoro meccanico l'energia spesa per vincere gli attriti (cammino o corsa in piano, nuoto, movimento del sangue nei vasi sanguigni); gli organi responsabili della produzione di lavoro meccanico sono i muscoli scheletrici, il miocardio, la muscolatura liscia degli intestini; b) produzione di lavoro chimico, ossia variazione di energia di legame che si manifesta, con la trasformazione di una sostanza in altre sostanze (metabolismo) oppure durante la creazione e il mantenimento di differenze di concentrazione di soluti (osmosi).

Ogni cellula è in grado di produrre lavoro chimico. Sede di tale produzione sono i mitocondri. L'energia chimica a disposizione della cellula può essere da questa trasformata in altre forme di energia (energia meccanica, energia elettrica, calore).

uFisica

Per definire il lavoro L di una forza F (P) variabile il cui punto di applicazione P descrive uno spostamento qualunque C, si costruisce innanzitutto il lavoro elementare, che è il lavoro della forza F(P) per lo spostamento elementare, definito come il vettore di modulo pari all'elemento d'arco ds, parallelo alla tangente alla curva C nel punto P e orientato secondo il verso di percorrenza del punto di applicazione P. Il lavoro L è allora l'integrale curvilineo di dL lungo l'arco di curva descritto dal punto di applicazione della forza:

Segue da questa definizione che la somma dei lavori di un sistema di forze applicate allo stesso punto è uguale al lavoro della forza risultante.

Nel caso in cui la forza F derivi da un potenziale F (ad es. un potenziale elettrostatico o gravitazionale), cioè se vale la relazione

F = - grad F

allora il lavoro elementare è uguale al differenziale totale del potenziale cambiato di segno, cioè

dL = - d F

Il lavoro ottenuto integrando - d F è allora uguale alla variazione del potenziale tra la posizione di partenza e la posizione d'arrivo del punto di applicazione della forza, ed è indipendente dal cammino percorso; in particolare il lavoro lungo una linea chiusa è nullo.

La nozione di lavoro è strettamente legata a quella di energia: ogniqualvolta una forza compie un lavoro si osserva una corrispondente variazione di energia nel sistema dinamico in studio.

Nel sistema SI l'unità di misura di lavoro (come dell'energia) è il joule (J), che equivale al lavoro prodotto da una forza di 1 newton il cui punto di applicazione si muove di 1 m lungo la direzione della forza. Nel sistema CGS l'unità è l'erg, che equivale a 10 joule. Se la forza è espressa in chilogrammi e la lunghezza in metri (sistema pratico o tecnico), il lavoro è espresso in kgm. Un kgm vale 9,81 joule.