MODULO 0 – I principi della dinamica MODULO 1

**IISS-Caboto- Gaeta**Fisica-prof. Vindice Luigi-
Alunno : ….….………………………………………Gaeta,
IISS Caboto Gaeta - a.s. 2009/2010 - prof. Vindice Luigi
FISICA - === classe 2a Sez. _______
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MODULO 0 – I principi della dinamica
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I PRINCIPI DELLA DINAMICA
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0.1. (0,5) a)Enunciare il primo principio della dinamica. b)Schematizzare e spiegare
l’esperimento fatto da Galileo.
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0.2. (1,0) a)Calcolare la forza che bisogna applicare ad un corpo di 200000g per
imprimergli un’accelerazione di 2 m/s2 . b)In 10s questo corpo quanto spazio
percorre?
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0.3. a)Calcolare la massa di un corpo che sottoposto ad una forza di 6kN subisce una
accelerazione di 3 m/s2 . b)In 10s questo corpo quanto spazio percorre?
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0.4. (1.5) a)Calcolare la massa di un corpo che su Giove (g=26 m/s2 ) pesa 5,2kN.
b)Con questa accelerazione e in caduta libera quanto spazio percorre in 2s ?
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0.5. (0,5) a)Enunciare il terzo principio della dinamica e b)fare un esempio.
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0.6. Se un contenitore di 30kg è appoggiato a terra ed è riempito con 3ton di acqua
dire quale deve essere la reazione vincolare del terreno per sopportare il suo carico.
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0.7.Facciamo l’ipotesi di avere su un corpo di massa 20kg applicato il sistema di
forze F1(+3N;+2N) ; F2(+1N;-3N) ; F3(-4N;+1N). Vogliamo sapere se tale corpo è
accelerato oppure è in moto rettilineo uniforme o fermo.
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MODULO 1 –Energia e lavoro
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APPLICAZIONI DI DINAMICA
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1.1. ( 1,5) Un meteorite di massa 200kg precipita sul nostro pianeta. a)Se KAM = 20
Ns2/m2 trovare la velocità limite. b)Calcolare quindi la forza d’attrito del mezzo.
c)Che significa velocità limite?
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1.2. (1,5) Se un blocco di 10kg è appoggiato su un piano orizzontale ed è sottoposto
ad una forza orizzontale di 200N e KAR=0,5 , a) calcola l’intensità della forza
risultante,b)dire se si muove e con quale tipo di moto, c) l’attrito è statico o
dinamico?
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1.3.( 0,5) Un carrello di 2000g percorre una pista circolare con una accelerazione
centripeta di 5m/s2. Calcolare la forza centripeta.
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1.4.( 1,5) a)Trovare la velocità in curva in condizioni di equilibrio di un veicolo che
percorre una pista circolare avente Kar=0,20 e raggio 0,200 km. b)Perché si precisa
“in condizioni di equilibrio”? c) se la massa aumenta, può aumentare in condizioni di
equilibrio la velocità? e perché?
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1.5.( 1,5) a)Trovare con quale forza si attraggono la Terra mTerra=6x1024kg e il Sole
mSole=2x1030kg sapendo che la distanza è di 1,5x1011m. Schematizza e indica le F1,2 e
F2,1.b) Quale delle due è più grande? Giustifica la risposta. c)Se la distanza aumenta a
parità di masse cosa accade alla forza di attrazione?
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1.6.Un corpo di massa 220kg viene attratto da un corpo celeste con una forza di
4000N. Dire quanto tempo impiega, in caduta libera, a toccare terra se cade da una
altezza di 100m.
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1.7.Se un corpo viene lasciato cadere in presenza di attrito dell’atmosfera e la forza di
attrito del mezzo (aria) è 2000N e il coefficiente di attrito del mezzo è 20Ns2/m2 dire
quale velocità raggiunge.
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1.8.Su un corpo di massa 250kg agisce una Fp di 4500N. Esso viene
lasciato cadere da una altezza di 250m: determinare il tempo che impiega
per raggiungere terra.
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1.9.Ipotizzando assenza di attrito, un corpo di massa 30kg viene lasciato
cadere su Giove (g=26,01m/s2) da 80m. Calcolare il tempo di caduta.
Calcolare anche la velocità con cui impatta al suolo.
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LAVORO E ENERGIA
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1.10. (0,5) Elenca quattro tipi di energia ad eccezione di quella cinetica e potenziale.
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1.11. (0,5) Nel Sistema Internazionale il Lavoro è definito come:
a)il prodotto di forza per lo spostamento c) il prodotto di forza per uno spostamento diretto
come la forza.
b) il prodotto di forza unitaria per d) il prodotto di forza per lo spostamento
spostamento unitario
perpendicolarmente ad essa.
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1.12 Il lavoro compiuto dalle forze d’attrito su un corpo in movimento è sempre:
a)nullo
b)motore
c)positivo
d)resistente
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1.13 (1,0). Un veicolo percorre una strada orizzontale. Esso ha una massa di 4000kg
ed esercita una F=2,50kN per un tratto di 0,06km. Interviene anche una Far=1000N.
a)Calcolare il peso del veicolo; b)Calcola e dici di che tipo è il lavoro compiuto dalla
F , Far e Fp.
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1.14. (1,0). Un trattore tira un carro per 10 min e compie un lavoro di 1200kJ . Quale
potenza ha sviluppato (Pu)? Se il suo rendimento è 0,50 calcola la Pass. Se avete
compreso il significato delle grandezze in esame, calcola quindi la potenza dissipata.
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1.15. (1,0). Un uomo di 80 kg si muove alla velocità di 36 km/h .Calcolare la sua
energia cinetica.
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1.16. (0,5). Definisci ed elenca i tipi di Energia Potenziale che conosci.
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1.17. (0,5). Calcolare l'energia potenziale di un corpo di massa 60000g posto ad
un’altezza di 0,01km.
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1.18.(0,5)Scrivi la formula dell'energia meccanica, indicando i vari termini e 1'unità
dì misura delle singole grandezze. Quanto è valido il principio di conservazione
dell’Em?
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1.19. (0,5) La quantità di moto viene definita:
1
1
c) q m v
d) q m v 2
a) q
b) q
m v
m v2
2
2
**
1.20. (0,5) Ho un corpo di massa 20kg possiede una quantità di moto pari a
400kgm/s. Calcolare la sua velocità.
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1.21.(1,5)Un corpo di massa 500kg all’istante 10s viaggia a 5m/s e all’istante 15s la
sua velocità è di 15m/s. Calcolare a)la v ;b)la sua accelerazione media;c)la forza che
agisce su di esso; d)l’impulso utilizzando la forza;e)l’Impulso utilizzando la v.
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1.22. (1,5) Un masso di 20000 g , si trova su un precipizio alto 2000 cm. Dire qual è la
sua energia potenziale gravitazionale. Inoltre ipotizzando la sua caduta dire a quale
velocità impatta con il suolo. Calcolare quindi, con tale velocità, la sua energia cinetica.
Fare le opportune considerazione sui risultati ottenuti.
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1.23.Un corpo di massa 250kg è appoggiato su un piano orizzontale avente
Kar=0,4 a cui è applicato un Forizzontale di 4500N e il tutto si sposta di 25m.
Determinare singolarmente: LF,s ; LFar,s ; LFp,s .
Infine dire se il corpo si sposta, perché e quanto tempo impiega a fare il
suddetto spostamento grazie però alla Risultante orizzontale.
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LA CADUTA DEI GRAVI
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2
1.24. Un corpo di massa 80kg è lasciato cadere su Giove (gGiove=26m/s ),
ipotizzando assenza di attrito, se per toccare il suolo occorrono 10s dire a
quale altezza è posto dal suolo.
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2
1.25. Un corpo di massa 50kg è lasciato cadere su Giove (gGiove=26m/s ),
ipotizzando l’attrito. Se, il coefficiente di attrito del mezzo, è pari a
25Ns2/m2 dire quale è la sua velocità limite (o di equilibrio).
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2
1.26. Un corpo di massa 70kg è lasciato cadere su Giove (gGiove=26m/s ),
ipotizzando assenza di attrito, da una altezza di 75m. Trovare la velocità
con cui tale oggetto impatta al suolo.
Trovare quindi da quale altezza tale corpo deve essere lasciato cadere sulla
Luna (gLuna=1,62m/s2) per raggiungere al suolo tale velocità.
(applica il principio di conservazione dell’Em)
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2
1.27. Un corpo di massa 150kg è lasciato cadere su Giove (gGiove=26m/s ),
ipotizzando assenza di attrito, da una altezza di 80m. Trovare la velocità
con cui tale oggetto impatta al suolo.
Trovare quindi da quale altezza tale corpo deve essere lasciato cadere sulla
Luna (gLuna=1,62m/s2) per raggiungere al suolo tale velocità.
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2
1.28. Ipotizzando assenza di attrito un corpo su Giove (gGiove=26m/s ) viene
lasciato cadere da 200m. Trovare la velocità d’impatto.
Su Plutone (gPlutone=0,73m/s2) dire a quale altezza bisogna lasciare cadere
tale corpo per avere la stessa velocità d’impatto.
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1.29. Trovare la velocità con cui un corpo di massa 6000kg impatta al suolo
sulla Luna (gLuna=1,62m/s2) se cade da 400m (ovviamente assenza di
attrito).
Se ci troviamo su un altro pianeta però in presenza di atmosfera (con
l’attrito) e con Kam=30Ns2/m2 trovare il suo g con la stessa vimpattoLuna.
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MODULO 2 –Il calore
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LA TEMPERATURA
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2.1.(1,0) Disegnare e spiegare l’esploso della materia.
Definisci, in base all’aggregazione della materia (forma volume coesione e
posizione molecolare), quando un corpo è solido, liquido e gassoso.
FORMA
VOLUME forze di COESIONE Posizione molecolare
(conserva SI(conserva
(trascurabili - deboli
(ordinate –
NO)
SI-NO)
- molto intense)
disordinate legate o
non)
solido
liquido
gassoso
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2.2.(1,0) Scrivi le formule ed esegui le seguenti equivalenze:
Celsius
Kelvin
Fahrenheit
Reamur
formule==>
K=
F=
R=
100°C
………............ K
......................... °F
……….......°R
50°C
………............ K
......................... °F
……….......°R
0°C
………............ K
......................... °F
……….......°R
-273,15°C
………............ K ......................... °F
……….......°R
**
2.3. (0.5) Definire la temperatura. Su quali fenomeni (2) si basa la misura della
temperatura. Quale formula ci fornisce l’energia cinetica media delle molecole?
**
2.4. (0.5) Elencare le tipologie dei termometri che conosci e dire come
funzionano (ricorda le lezioni teoriche e pratiche).
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2.5.(1.0) Dimostrare le formule per le equivalenze C  K ; C  F ; C  R.
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2.6.(1.0)A quanto corrispondono 200K in Fahrenheit? Dimostrare.
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2.7.(1.0)A quanto corrispondono 50F in Reaumur? Dimostrare.
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pag. 5
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LA DILATAZIONE TERMICA
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2.8.(0.5) Calcolare la variazione di lunghezza di un’asta d’acciaio, sapendo che a
10°C la sua lunghezza è di 100 m e che la temperatura è salita a 210°C.
( acciao= 1x10-5 K-1 ).
**
2.9.(1.0) Calcolare la lunghezza finale di un’asta di ferro, sapendo che a 20°C la sua
lunghezza è di 100 m e che la temperatura è salita a 220°C. ( ferro= 12 x 10 -6 K-1 ).
Quanto è il k (coefficiente di dilatazione volumica) del ferro?
**
2.10.(0.5) Schematizza il comportamento anomalo dell’acqua (diagramma T;V).
**
2.11. (1.0) Un serbatoio contiene 500 m3 di acqua a 10°C. Calcolare l’incremento di
volume che si ha quando la temperatura raggiunge i 90°C. Calcola quanti litri totali
tale serbatoio deve contenere. ( kacqua= 4,6 x 10 -4 K-1)
***
IL CALORE
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2.12.(0.5) Definisci il calore fare un esempio differenziandolo dalla temperatura.
Definisci la legge fondamentale della termologia, la capacità termica e il calore
specifico.
**
2.13.(0.5) Calcolare la quantità di energia necessaria per scaldare 10000 g di acqua
da 20 °C a 60 °C.
(cacqua= 4180 J/kg °C)
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2.14.(1.0). Ad un blocco di 4000 g di una sostanza vengono fornite 400 kJ di energia,
per aumentare la sua temperatura da 25°C a 225°C. Calcola il calore specifico e la
capacità termica.
**
2.15.(0.5). Perché in spiaggia con la stessa quantità di calore (solare) si riscalda di più
la sabbia e non l’acqua, con la stessa quantità di tali sostanze?
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2.16.(1.0). Trovare la temperatura d’equilibrio (definire) mescolando le seguenti tre
quantità d’acqua: 0,5m3 a 90°C e 4 m3 a 50°C 1 m3 a 10°C.
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2.17.(1.0). Trovare la temperatura d’equilibrio(definire) tra 0,5kg d’acqua a 20°C
(c=4180J/kg°C) e 4kg di ferro a 50°C (c=460J/kg°C) .
**
2.18. (1.0) Abbiamo tre serbatoi A,B,C riempiti di acqua e di cui conosciamo i
seguenti dati: mA=200kg , mB=600kg, mC=800kg TA=10°C , TB=50°C, TC=20°C. Di
quanti litri deve essere il serbatoio che contiene A , B e C ? Quale temperatura di
equilibrio raggiungerà l’acqua in quest’ultimo serbatoio?
pag. 6
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2.19.(0.5).Definire tutti i passaggi di stato.
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LA PROPAGAZIONE DEL CALORE
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2.20.(1.0) Parlare della propagazione del calore definendo la formula di Fourier e
quella di Stefan-Boltzmann.
**
2.21.(1.0). Calcolare la trasmissione di calore attraverso una parete di 2m2 , in 10s,
avente un k= 2W/m°C, spessa 50cm avente, tra le pareti, un salto termico di 10°C.
Come si chiama questa legge e a quale delle tre tipologie di trasmissione del calore
corrisponde?
**
2.22.(1.0). Calcolare la potenza irradiata da un corpo sferico di area 2m2, avente una
temperatura di 100K e una emissività di 0,9 ( =5,67*10-8W/m2K4). Come si chiama
questa legge e a quale delle tre tipologie di trasmissione del calore corrisponde?
**
LE LEGGI DEI GAS
**
2.23.(1.0). Partendo dalla legge dei gas perfetti definisci le tre trasformazioni studiate
riportando 1)il tipo di trasformazione; 2) l’equazione corrispondente; 3) il diagramma
rappresentativo; 4) la situazione sperimentale che la rappresenta.
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pag. 7
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MODULO 3 –Il suono e la luce
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LE ONDE MECCANICHE
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3.1. Dal grafico sotto riportato , riguardante un’onda, ricava :
a) l’ampiezza; b) la lunghezza d’onda; c) Il periodo; d) la frequenza; e) la velocità
**
3.2. Un’onda sinusoidale viaggia in una corda alla velocità di 30m/s. La corda è lunga tre
metri. Schematizzare e calcolare due lunghezze d’onda stazionarie che si possono creare sulla
corda quando gli estremi sono fissati a due pareti. Calcolare quindi anche le rispettive
frequenze.
**
3.3. Calcolare l’intensità di una sorgente sonora di 0,4kW a 200cm da essa.
**
3.4. Un’onda acustica viaggia nell’atmosfera e colpisce una parete. Se tale onda dista dalla
parete 400m dire quanto tempo impiega a ritornare all’origine.
**
3.5. Calcola la potenza di una sorgente sonora che emette 1,2 kJ di energia in un minuto.
**
3.6. Un treno è in avvicinamento ad una stazione alla velocità di 72km/h, ed emette un fischio alla frequenza di
800Hz. Che frequenza e lunghezza d’onda ha il suono percepito dal viaggiatore fermo sulla banchina? Dire se è
più acuto o più profondo. Schematizzare indicando la sorgente sonora i fronti d’onda e indicare .
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LA LUCE
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3.7 Costruire l’immagine sul seguente specchio piano ed enunciare le leggi della riflessione.
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3.8 In una galleria si vogliono disporre degli specchi per fare in modo che i raggi del sole la
illuminano tutta. Orienta gli specchi.
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3.9. Nella nomenclatura della luce si effettuano le seguenti distinzioni:
Tipi di sorgente luminosa
Tipo di mezzo incontrato dalla luce
La luce può essere deviata
Ricevitore di luce
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APPROFONDIMENTO
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3.10. Costruisci l’immagine (dire se è reale o virtuale) e indicare V, f, p, q, ho, hi .
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3.11. Costruisci l’immagine (dire se è reale o virtuale e il tipo di specchio) indicando V, f, p, q, ho, hi .
**
3.12. Costruisci l’immagine (dire se è reale o virtuale e il tipo di lente) indicando O, f, p, q, ho, hi .
**
3.13. Definire l’indice di rifrazione del mezzo indicando tutte le caratteristiche fisiche.
**
3.14. Un oggetto alto 4 cm è posto a 6 cm dal vertice di una lente la cui distanza focale è di 2 cm. Calcolare la
posizione, l’ingrandimento e l’altezza dell’immagine. Infine se lo studente organizzerà lo spazio sottostante riuscirà
anche a costruire graficamente l’immagine.
pag. 10
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3.15.(1.0).Definire la prima e la seconda legge della rifrazione e schematizza.
Un prisma disperde un raggio di luce bianca. Indicare i colori in cui viene suddiviso tale raggio. (Lezioni
pratiche).
Cosa si intende per riflessione totale? Schematizzare
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3.16. Costruisci l’immagine (dire se è reale o virtuale e il tipo di lente) indicando O, f, p, q, ho, hi .
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MODULO 4 – Cariche correnti elettriche
elettromagnetismo
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I CAPISALDI DELL’ASPETTO ELETTRICO NELLA FISICA BASATI SUL MODELLO ATOMICO
**
4.1 – Dire quali sono i capisaldi dell’aspetto elettrico nella fisica basati sul modello
atomico. Parlare anche di quest’ultimo.
**
I MODI DI ELETTRIZZAZIONE
4.2 – Descrivere i modi di elettrizzazione
**
LA LEGGE DI COULOMB
4.3 . Abbiamo una prima carica elettrica pari a 4x10 -3C e una seconda carica
elettrica pari a 8x10-6C, poste a distanza 5x10-3m. Ipotizzando cariche opposte, poste
nel vuoto, trovare la forza tra le due cariche. Fare la stessa cosa ipotizzando cariche
concordi. Ipotizzare infine che tra le due cariche opposte vi sia la Mica ( r Mica=5).
**
CONDENSATORI IN SERIE E IN PARALLELO
*
4.4 Facciamo l’ipotesi di avere due condensatori in serie di capacità 8 F e 9 F.
Trovare il valore della capacità del condensatore equivalente.
Inoltre se la d.d.p. è di 100V trovare quella ai capi dei singoli condensatori.
*
4.5 Facciamo l’ipotesi di avere due condensatori in parallelo di capacità
8 F e
9 F. Trovare il valore della capacità del condensatore equivalente.
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Inoltre se la d.d.p. è di 100V trovare quella ai capi dei singoli condensatori.
*
4.6 Facciamo l’ipotesi di avere tre condensatori in serie di capacità 5 F , 25 F e
9 F. Trovare il valore della capacità del condensatore equivalente.
Inoltre se la d.d.p. è di 100V trovare quella ai capi dei singoli condensatori.
*
4.7 Facciamo l’ipotesi di avere tre condensatori in parallelo di capacità 5 F , 25 F e
9 F. Trovare il valore della capacità del condensatore equivalente.
Inoltre se la d.d.p. è di 100V trovare quella ai capi dei singoli condensatori.
**
IL CAMPO ELETTRICO
**
4.8 - Facciamo l’ipotesi di avere una carica elettrica (di prova) q pari a 6x10-3C sulla
quale il campo elettrico, in cui è immersa, esercita una forza di 5N.
Determinare l’intensità di tale campo nel punto in cui è presente q.
**
4.9 - Facciamo l’ipotesi di avere una carica elettrica Q positiva pari a 9x10-3C . Essa
genera un campo elettrico. Vogliamo conoscere il valore del campo elettrico a 3x10-4
m da Q. Vogliamo anche conoscere l’intensità della Forza di repulsione se la
q=4x10-4C. Il tutto accade nel vuoto.
**
LA DIFFERENZA DI POTENZIALE
**
4.10 - Facciamo l’ipotesi di avere una carica elettrica positiva q pari a 3x10 -2C che
per effetto di una forza di 18N applicata dal campo si sposta da A a B di 60cm.
(Forza e Spostamento stesso verso e direzione). Trovare la d.d.p. tra i punti A e B del
campo. Trovare quindi anche l’intensità del campo elettrico.
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RESISTORI IN SERIE E IN PARALLELO
**
4.11 - Consideriamo un circuito con due resistori in serie da 0,2k e 500
alimentati con 100 V. Trovare R equivalente, i , V1 e V2 . Trovare le potenze
dei singoli resistori.
**
4.12 - Consideriamo un circuito con due resistori in parallelo da 0,2k e 500
alimentati con 100 V. Trovare R equivalente, i1 , i2 . Trovare le potenze dei singoli
resistori.
**
4.13 - Consideriamo un circuito con tre resistori in serie da 0,1 k , 0,9k e 500
alimentati con 100 V. Trovare R equivalente, i , V1 , V2 , V3 . Trovare le
potenze dei singoli resistori.
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pag. 12
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4.14 - Consideriamo un circuito con tre resistori in parallelo da 0,1 k , 0,9k e
500 alimentati con 100 V. Trovare R equivalente, i1 , i2 , i3. Trovare le potenze
dei singoli resistori.
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LA 2° LEGGE DI OHM
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4.15 - Facciamo l’ipotesi di avere un conduttore di rame lungo 200000dm e una
sezione di 3cm2. Trovare la sua resistenza elettrica.
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4.16 - Facciamo l’ipotesi di avere un conduttore di rame lungo 40km e una sezione di
2cm2. Trovare la sua resistenza elettrica.
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IL CAMPO MAGNETICO
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4.17 - Trovare il campo magnetico che agisce con una forza di 4N su un filo percorso
da 200mA e lungo 500cm.
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4.18 - Abbiamo un filo percorso da 200mA. Trovare l’intensità del campo magnetico
a 25cm di distanza dal filo.
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4.19 - Abbiamo una spira circolare di raggio 40cm in cui percorre una corrente di
800mA. Trovare l’intensità del campo magnetico.
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4.20 - Abbiamo un solenoide di 40 spire lungo 60cm in cui percorre una corrente di
800mA. Trovare l’intensità del campo magnetico.
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FLUSSO MAGNETICO E CORRENTI INDOTTE
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4.21 - Se un campo magnetico di 20T attraversa perpendicolarmente una spira di
0,60m2 trovare il flusso magnetico. Se il flusso è generato per 4s trovare la f.e.m.
indotta.
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L’INDUTTANZA DI UNA BOBINA
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4.22 - Voglio trovare l’induttanza di una bobina lunga 40cm, di 50 spire e di 0,10m2 .
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pag. 13