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Rendimento di una macchina termica
Potenza
Calorie e Joule
La termodinamica è la capacità di produrre Lavoro sfruttando l'energia termica.
L'unità di misura del Lavoro è il Joule.
E' stato possibile trovare qual'è l'uguaglianza tra la caloria e i Joule: oggi sappiamo che 1 caloria = 4,186 Joule.
La sua unità di misura si chiama caloria.
Di conseguenza possiamo calcolare anche alla potenza e al rendimento di una macchina termica.
Sappiamo che la potenza è W=ΔL/Δt
e di conseguenza il Lavoro è l'integrale della potenza nel tempo: se la potenza è costante durante tutto l’intervallo di tempo considerato la formula è ΔL=WΔt
Grazie al primo principio della termodinamica siamo anche in grado di stabilire quanto calore la macchina termica utilizza per incrementare l’energia interna a discapito del Lavoro; ricordiamo il significato del principio: una macchina termica non riesce a convertire in lavoro tutto il calore fornito in quanto una parte di questo calore va ad aumentare l’energia interna del sistema.
Primo principio della termodinamica
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Potenza media nella prestazione di taolu
Potenza massima sviluppata
Energia dissipata dall'atleta
Pertanto la potenza di una prestazione di un atleta di wushu varia da un massimo di 80W/kg a un minimo di 0 durante gli stop. Possiamo semplificare il calcolo ipotizzando una potenza media distribuita lungo tutta la prestazione incrementata del 10% perché la percentuale di prestazione submassimale è maggiore rispetto alla metà della performance.
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La stima è di un consumo metabolico prossimo ai 70 kiloJoule.
Nella formula del primo principio della termodinamica rappresenta l'Energia interna ΔU.
Consumo metabolico durante la performance di taolu
Termodinamica e consumo metabolico
Il wushu è una disciplina nella quale durante la prestazione di taolu viene richiesto uno sforzo variabile (mediamente intenso) per circa un minuto e mezzo di prestazione; cerchiamo di capire quale può essere la quantità di lavoro prodotta da un atleta di wushu di alto profilo del peso di 70 kg durante una prestazione di 1’30”.
Ricordiamo che il secondo principio della termodinamica afferma di fatto che è impossibile convertire tutto il calore in lavoro perché il calore passa spontaneamente da un corpo caldo ad uno freddo, mai il contrario. Questo rende impossibile costruire una macchina termica perpetua, perché una volta che la sorgente di calore ha ceduto tutto il calore, la macchina si ferma (è necessario altro calore dall’esterno per riprendere il ciclo).
Il rendimento di una macchina termica è pertanto dato dal rapporto tra lavoro prodotto e calore assorbito
Per poter capire quanta potenza sviluppa un atleta di wushu bisogna apportare una correzione, perché uno sforzo intenso basato su continue accelerazioni, decelerazioni e frenate è superiore rispetto uno sforzo costante, benchè massimale. Studi sperimentali hanno dimostrato che il fattore di conversione è 1,22[1] nel senso che la potenza richiesta è 1,22 volte quella necessaria per uno sforzo massimale senza cambi di velocità (distanza equivalente).
