Compiti delle vacanze di fisica

Compiti delle vacanze di fisica
classe 4D prof. Paola Carcano
Anno scolastico 2007/2008
Fisica
Tutti gli studenti dovranno:
A) svolgere gli esercizi allegati, ripassando, per ciascun esercizio la teoria indicata. Gli esercizi,
che riguardano il programma di quarta e di terza, costituiscono un utile strumento di ripasso di
quelli che saranno i prerequisiti necessari ad affrontare il programma di quinta;
B) Studiare sul libro di testo i capitoli 11 – 12 riguardanti la termodinamica e rispondere alle
seguenti domande:
1) Enuncia il secondo principio della termodinamica nelle formulazioni di Kelvin e Clausius
2) Indica cos’è una trasformazione ciclica e descrivi il ciclo di Carnot
3) Illustra, anche in termini qualitativi, cosa si intende per entropia di un sistema, specificando se si
tratta di una funzione di stato. Scrivi l’espressione della variazione di entropia di un sistema.
C) Studiare sul libro di testo il capitolo 1 relativo ai fenomeni ondulatori e rispondere alle seguenti
domande:
1) Dai la definizione di onda e forniscine le possibili classificazioni.
2) Indica cosa si intende per fronte d’onda e specifica cosa sono le onde piane e quelle sferiche
3) Scrivi l’equazione di un’onda piana sinusoidale ed illustra il significato dei parametri che
compaiono.
4) Spiega i fenomeni di riflessione e rifrazione ed enunciane le leggi.
5) Spiega cosa si intende con onda stazionaria e scrivane l’equazione.
6) Descrivi il fenomeno della diffrazione
7) Descrivi il fenomeno d’interferenza, illustrando in particolare cosa si intende con interferenza
costruttiva e distruttiva
All’inizio dell’anno scolastico 2008/2009 verrà verificato il lavoro svolto durante le vacanze; tale
verifica costituirà per tutti la prima valutazione.
COMPITI DI FISICA
1) Conoscenze teoriche: peso, normale, attrito; energia potenziale della
forza peso, teorema dell’energia cinetica
A
R
Una guida ABC è costituita da un arco di circonferenza AB di
B
C
raggio R=3 m e da un tratto rettilineo BC. Il tratto curvilineo è
liscio mentre il tratto rettilineo presenta attrito con coefficiente di
attrito dinamici kd=0,3. Un corpo viene lasciato scivolare da
fermo dal un punto A. Si determini la distanza percorsa dal corpo sul tratto rettilineo prima di
fermarsi. 2
Compiti di fisica: vacanze 2007/2008
1
2) Conoscenze teoriche: peso, normale, forza elastica; energia potenziale della forza peso e della forza elastica,
teorema di conservazione dell’energia meccanica
Una molla ideale priva di massa, è appesa ad un estremo in posizione verticale. All’estremo libero
viene agganciato un blocco di massa M=10 kg,
m
all’equilibrio l’allungamento della molla è l=9,8 cm. La
stessa molla viene poi disposta su un piano inclinato di un

angolo =20° e privo di attrito, come mostrato in figura.
Un corpo di massa m=2 kg è spinto contro la molla di un
tratto D=10 cm. Il corpo, rimanendo agganciato alla molla
è lasciato libero di muoversi sul piano inclinato partendo da
fermo. Si calcoli la distanza percorsa dal corpo lungo il piano inclinato prima di fermarsi.
3) Conoscenze teoriche: peso, normale, attrito; energia potenziale della forza peso, teorema dell’energia cinetica
Un corpo di massa m=1 kg viene lanciato con velocità iniziale vo=3
m/s lungo un piano inclinato scabro, con coefficiente di attrito
dinamico kd=0,2, partendo dal bordo inferiore del piano. Sapendo che
l’angolo di inclinazione del piano è 30°, si calcoli la massima
altezza raggiunta dal corpo e in corrispondenza il lavoro della forza di
attrito.
vo

4) Conoscenze teoriche: Impulso, teorema dell’impulso, conservazione di una componente della quantità di moto,
terzo principio della dinamica
Un cannone vincolato ad una slitta appoggiata su un piano orizzontale liscio spara un proiettile di
massa m con velocità di modulo vo che forma un angolo 
con l’orizzontale. La slitta è inizialmente ferma. Detta M la
m
vo
massa del cannone e della slitta (escluso il proiettile), si
determini, specificando modulo, direzione e verso:

a) l’impulso risultante esercitato sul proiettile durante
M
l’esplosione
b) l’impulso esercitato sulla slitta
c) la velocità della slitta dopo l’esplosione.
5) Conoscenze teoriche: Urti, conservazione della quantità di moto, urti perfettamente anelatici, energia cinetica
Un carrello pieno di sabbia di massa M=10 kg si muove senza attrito lungo una traiettoria rettilinea
con velocità di modulo v1=1 m/s. Un corpo di massa m=2 kg
viene lanciato contro il carrello con velocità di modulo v2=7
m
M

m/s, avente stessa direzione di v1 , ma verso opposto. Il corpo


urta il carrello e rimane impiantato nella sabbia. Trovare:
v1
v2
a) in quale direzione e verso e con quale velocità si muoverà
il carrello dopo l’urto.
b) Quanta energia viene dissipata durante l’urto
6) Conoscenze teoriche: Urti, conservazione della quantità di moto, urti elastici, energia cinetica
Un neutrone (m= 1,67  10 27 kg ) con velocità vo colpisce una particella in quiete di massa ignota in
un urto elastico e rimbalza indietro con velocità pari a 0,7 volte quella iniziale. Qual è la massa
della particella colpita?
7) Conoscenze teoriche: forze peso, normale, attrito, momento meccanico di una forza, condizioni di
equilibrio di un corpo esteso
Una scala omogenea lunga 6,0 m e pesante 200N è appoggiata ad una parete
verticale con un angolo di 53° rispetto all’orizzontale. Non c’è attrito fra scala e
muro, mentre il coefficiente di attrito statico tra scala e pavimento è ks=0,55. Una
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53°
2
donna di massa m=60 kg sale lentamente sulla scala. Determina la massima distanza, misurata
lungo la scala a partire dalla base, che può percorrere la donna prima che la scala crolli.
8) Conoscenze teoriche: Campo gravitazionale generato da una sorgente puntiforme, principio di sovrapposizione
degli affetti, somma tra vettori
Due corpi puntiformi hanno masse M e 2M e sono posti a distanza D. Calcola il
campo gravitazionale da essi generato in un generico punto della retta
congiungente le due masse. (Esprimi il campo in funzione di una variabile
opportunamente scelta per individuare la posizione del generico punto P).
D
9) Conoscenze teoriche: forze peso, tensione, momento meccanico di una forza, condizioni
di equilibrio di un corpo esteso
La trave omogenea in figura ha massa M=5 kg ed è appeso ad un’estremità un
corpo di massa m=10 kg. La trave è assicurata alla parete tramite una cerniera
ed una fune e si trova in equilibrio. Determina la forza esercitata dalla cerniera
e la tensione della fune.
100 cm
40 cm
10) Conoscenze teoriche: Forza gravitazionale tra due masse puntiformi, somma tra vettori,
energia potenziale gravitazionale di una massa puntiforme soggetta all’azione di un’altra
massa puntiforme, teorema di conservazione dell’energia meccanica
10 cm
Due masse identiche M1=M2=100 kg si trovano a distanza D=20 cm; sull’asse
del segmento congiungente M1 a M2 è posta una massa m=1kg come mostrato
in figura. Determina:
a) La forza agente su m nella posizione indicata in figura
b) La velocità minima che bisogna imprimere ad m affinché riesca definitivamente a sfuggire
all’attrazione gravitazionale delle due masse M1 e M2.
11) Conoscenze teoriche: Forza gravitazionale tra due masse, secondo principio della dinamica, accelerazione
centripeta
Nota la massa della Terra MT= 5,98  10 24 kg e il raggio terrestre RT= 6,38  10 6 m determina:

a) la velocità v che bisogna imprimere ad un corpo di massa m sulla superficie
terrestre affinché descriva una traiettoria circolare di raggio pari al raggio
terrestre.
b) La velocità di un satellite geostazionario, cioè di un satellite che ha periodo
di rotazione attorno alla Terra esattamente uguale al periodo di rotazione
della Terra attorno al proprio asse.
satellite
TERRA
12) Conoscenze teoriche: onda armonica, parametri caratteristici
In figura è rappresentata un’onda periodica in moto verso destra su una corda. La curva tratteggiata
rappresenta l’onda nell’istante t=0, quella continua nell’istante t=10 s.
Determina, se possibile:
f (cm)
a) lunghezza d’onda:
b) frequenza:
c) velocità di propagazione:
x (cm)
d) periodo:
13) Conoscenze teoriche: onda armonica, parametri caratteristici
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3
Un’onda armonica viaggia verso destra con un’ampiezza di 0,32 m, una lunghezza d’onda di 3,5 m
e un periodo di 3,0 s. Considera la fase iniziale uguale a 0. Indicato con x l’asse di propagazione,
scrivi l’equazione dell’onda armonica. Rappresenta la perturbazione in funzione di x negli istanti
t1=0 s; t2=3,0 s e t3=6,0 s.
14) Conoscenze teoriche: moto rettilineo uniformemente accelerato
Due amici lanciano verso l’alto due palline con velocità vo1=16 m/s, vo2=10m/s, da h1=5 m e h2=8
m da terra. Determinare:
a) quando le due palline cadranno a terra;
b) quando e dove le due palline si incontrano;
c) la distanza tra le due palline in funzione del tempo (rappresentarla in un diagramma
cartesiano) e la massima distanza tra le palline.
15) Conoscenze teoriche: composizione dei moti, moto parabolico
Una pallina viene lanciata da un trampolino inclinato di 30° sull’orizzontale, con velocità iniziale
di modulo v0 =4 m/s e il piano d’arrivo è inclinato di 45° come mostrato in
vo
figura. Determina:
30°
a) la legge oraria della pallina rispetto ad un opportuno riferimento
b) la massima altezza raggiunta rispetto al punto di partenza
45°
c) l’equazione cartesiana della traiettoria
d) il punto di impatto sul piano d’arrivo
16) Conoscenze teoriche: velocità scalare e vettoriale, media e istantanea; moto circolare uniforme
Un corpo si muove di moto circolare uniforme su una circonferenza di raggio R=2 m
partendo da A (come in figura) e impiega un tempo t=12 s per fare mezzo giro.
A
Determina:
a) velocità scalare media e vettoriale media nel primo quarto di giro;
b) velocità e accelerazione negli istanti t1= 6 s e t2=18 s.
c) come varierebbero la velocità scalare e il modulo dell’accelerazione se, sulla stessa traiettoria,
il corpo impiegasse 12 s per fare un giro completo?
17) Conoscenze teoriche: moto armonico semplice
Un corpo si muove di moto armonico semplice secondo la seguente legge oraria: x  4 cos(3t  1)
espressa nel sistema M.K.S. Determina: pulsazione, periodo, velocità massima e accelerazione
massima.
18) Conoscenze teoriche: calcolo vettoriale



Considera i tre vettori in figura, di moduli a  4 , b  2 e c  6 determina:
  
  

a) a  b  c e l’angolo tra (a  b  c ) e a


b) i componenti cartesiani dei vettori a e b rispetto ad un opportuno
sistema di riferimento cartesiano.
   
c) a  b ; a  b
  
d) (a  b )  c
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
c
45°

a

b
4