Problemi - Liceo Crespi

ISTITUTO DI ISTRUZIONE SECONDARIA “DANIELE CRESPI”
Liceo Internazionale Classico e Linguistico VAPC02701R
Liceo delle Scienze Umane VAPM027011
Via G. Carducci 4 – 21052 BUSTO ARSIZIO (VA)
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Classe 4° AC – prof. Biasco
CertINT® 2012
Anno scolastico 2013 - 14
Compiti per le vacanze di FISICA


Rivedere gli argomenti teorici sul testo
per chi ha riportato la votazione
o 6: tutti gli esercizi
o 7 o 8: almeno metà degli esercizi per ogni argomento
o 9 o 10: almeno il 25% degli esercizi per ogni argomento
Gli studenti che hanno il recupero o il consolidamento dovranno svolgere tutti gli esercizi indicati
attenendosi alle indicazioni seguenti.
Per ogni argomento:
o
rivedere la teoria sul testo
o
eseguire nell’ordine gli esercizi sotto elencati, i disegni devono essere ricopiati e completati sul
quaderno. Per tutti i problemi è buona norma rappresentare graficamente la situazione descritta.
Si raccomanda l’ordine nello svolgimento del lavoro
Il lavoro estivo è finalizzato al ripasso e al consolidamento degli argomenti studiati nel corso
dell’anno; pertanto deve essere svolto con continuità e gradualità, evitando di concentrare tutto in
pochissimo tempo
 Consegnare il lavoro sotto indicato, ordinato per argomento, nel giorno stabilito dal DS.
TERMODINAMICA
1.
Qual è la differenza fra la scala Celsius e la scala assoluta delle temperature?
2.
Un materiale ha un coefficiente di dilatazione lineare uguale a 2  10–6 K–1. Qual è il
valore del suo coefficiente di dilatazione cubica? Dimostralo algebricamente.
3.
Un viadotto dell'autostrada viene costruito con sbarre di ferro lunghe 40 metri in una zona
in cui si prevede una variazione di temperatura da 0 °C a 40 °C. Qual è la minima
distanza da lasciare tra una sbarra all'altra
4.
Un recipiente di vetro ha una capacità di 200 cm3 ed è riempito fino all'orlo di alcool etilico.
Se la temperatura aumenta di 40 °C quanto alcool esce dal recipiente?
(  = 1,01 10-3 C-1. Trascurare la dilatazione termica del vetro).
5.
Enuncia le leggi di Gay-Lussac e la legge di Boyle.
6.
In un recipiente cilindrico è contenuto del mercurio (densità = 13,6 kg/dm3 ). Calcolare la
pressione che il mercurio esercita alla profondità di 90 cm.
7.
Sapendo che la pressione atmosferica è di 10,13 N/cm2 calcola la forza totale che
l’atmosfera esercita su una persona la cui superficie esterna è di circa 1, 15 m2
8.
Illustra il concetto di capacità termica.
9.
Ad un pezzo di alluminio avente la massa di 108 g vengono forniti 53 J di calore. Calcola
la variazione di temperatura dell’alluminio.
Cal spec alluminio = 900 J/(kg C)
10. Un proiettile di piombo che si muove a 380 m/s si conficca in un blocco di legno. Se metà
della sua energia cinetica determina il riscaldamento del proiettile calcola la temperatura
finale se inizialmente era a 25 °C.
Cal spec piombo = 128 J/(kg C)
12. Spiega cosa si intende per conduzione, convezione, irraggiamento.
13. Il muro esterno di una camera è largo 4 metri e alto 3 metri. Lo spessore del muro
è 30 centimetri e la conducibilità termica dei mattoni e k = 0,5 J/(m C s) Quanta
energia attraversa il muro in un'ora se la temperatura esterna e 10 °C e quella
interna 20 °C
14. Quale relazione esprime il legame fra la temperatura assoluta T di un gas perfetto
monoatomico e l’energia cinetica media K delle sue molecole?
15. Come si calcola l’energia interna U di un gas?
16. Cosa si intende per calore latente di fusione di una sostanza ? E per calore latente di
condensazione?
17. Ad un blocco di ghiaccio di 400 g alla temperatura di 0 °C vengono forniti 1200 J di calore.
Calcola quanto ghiaccio passerà allo stato liquido.
18. Quali sono le variabili termodinamiche di un gas perfetto?
19. Cosa stabilisce il principio zero della termodinamica? Con quale equazione si enuncia?
20. Una mole di un gas perfetto subisce la trasformazione isotermica A  B in figura.
Sapendo che PA = 200 kPa, VA = 2  10−3 m3 e VB = 5  10−3 m3
Calcola la pressione del gas in B.
Calcola il lavoro fatto dal gas durante l’espansione.
A
B
21. Due moli di un gas subiscono la trasformazione
A ----> B , illustrata nella
figura
seguente quale lavoro viene fatto dal gas? (attenzione ai segni)
kPa
p(atm)
500 5
B
300 3
A
0,150
0,400
V (mc)
22. Nella trasformazione ciclica 1-2-3-4-1 di un gas perfetto, rappresentata nella figura che
segue, il lavoro svolto dal gas sull’ambiente è rappresentato dall’area:
a)
A
b)
B
c)
A+B
d) A – B
23. Che tipo di trasformazione si realizza nell’apparato rappresentato nel disegno?
a) Un’adiabatica.
b)
Un’isocòra.
c) Un’isòbara.
D)
Un’isoterma.
24. In una trasformazione termodinamica un gas assorbe 230 J di calore e
contemporaneamente su di esso viene compiuto un lavoro di 520 J. Qual è
la variazione di energia interna del gas? Rappresenta graficamente gli scambi
energetici.
25. Da quali trasformazioni è costituita la trasformazione ciclica rappresentata in figura?
a)
b)
c)
d)
Un’espansione isòbara, un’espansione adiabatica e un raffreddamento isocòro.
Un’espansione isoterma, una compressione isòbara e un riscaldamento isocòro.
Una compressione adiabatica, un’espansione isòbara e un riscaldamento isocòro.
Una compressione isoterma, una compressione isocòra e un raffreddamento isòbaro.
26. Enuncia il secondo principio della termodinamica secondo Clausius e secondo Kelvin.
27. Una macchina di Carnot lavora tra due termostati TC = 420 K e TF = 252 K.
a) Calcola il rendimento della macchina
b) Se la macchina prende QC = 600 J di calore dal termostato caldo quanto lavoro
produce in un ciclo?
c) Quanto calore cede al termostato freddo?
28. Spiega la relazione che intercorre tra aumento di entropia e disordine nei processi
irreversibili.
LE ONDE
1.
Dopo aver dato la definizione di onda, precisa cosa si intende per onda longitudinale e
trasversale.
2.
Definisci le grandezze fisiche che caratterizzano un’onda.
3.
Una sorgente di onde circolari vibra sulla superficie dell’acqua con un periodo di 0,1 s.
Calcola la velocità di propagazione delle onde se la lunghezza d’onda = 0,2 cm
4.
Un’onda ha la frequenza di 370 Hz e si propaga alla velocità di 280 m/s. Determina il suo
periodo e la sua lunghezza d’onda.
5.
Una massa collegata ad una molla compie 12 oscillazioni complete nel tempo di 3 s.
Calcola la frequenza e il periodo del moto.
6.
Il sonar di una nave emette suoni di frequenza 5 kHz. Considerando che la velocità del
suono nell’acqua di mare è di circa 1521 m/s calcola la lunghezza d’onda in acqua
7
Se un impulso sonar torna al rilevatore dopo 0,45 s dall’emissione qual è la profondità del
fondale?
17. Un cavo di 15,0 m è tenuto teso con una tensione di 160 N. Sapendo che ci vogliono
0,545 s perché un’onda si propaghi lungo tutto il cavo calcola la massa
del cavo.
18. La corda di una chitarra lunga 80 cm ha una massa di 0,5 g. Nell’ipotesi che gli estremi
della corda siano i soli nodi e che si voglia avere un suono di 220 Hz, calcola:
a) La velocità di propagazione dell’onda.
b) La tensione da applicare agli estremi della corda.
Nell’ipotesi che alla corda venga applicata una tensione di 50 N calcolare:
c) La velocità di propagazione dell’onda.
d) La frequenza del suono emesso.
19. Che cos’è il suono?
20. Da quali grandezze dipendono l’altezza, il timbro e l’intensità di un suono?
21. Spiega il fenomeno della risonanza.
22. Illustra l’effetto Doppler
Problemi
TERMODINAMICA
Un’asta di alluminio ( = 23,00  10–6 K–1) è lunga 25,00 cm alla temperatura di 25,00 °C.
Calcola la lunghezza dell’asta a 0 °C.
Un’asta di metallo si allunga dello 0,40% per un aumento di temperatura di 500 K.
Calcola i coefficienti di dilatazione lineare e cubica del metallo di cui è fatta l’asta.
Calcola a quale temperatura il volume di un gas perfetto è 22 dm3, sapendo che a 85 °C e alla
stessa pressione il volume è 44 dm3
Un blocco di alluminio (c = 880 J/(kg · K)) alla temperatura iniziale di 93 °C viene immerso in
un calorimetro contenente 1,60 dm3 di acqua (c = 4186 J/(kg · K)) alla temperatura di 20 °C. La
temperatura di equilibrio è 25,9 °C.
Calcola la massa del blocco di alluminio.
Un “gas” è formato da 4,4  1010 molecole di massa 2,1  10–26 kg, con velocità di modulo
rispettivamente 3500 m/s, 1000 m/s, 2000 m/s e 500 m/s. Il gas può essere considerato perfetto.
Calcola la sua energia interna
Il calore latente di fusione del ferro è 0,28  106 J/kg mentre quello del piombo è 2,30  104 J/kg.
Si hanno 85 g di ferro e 0,75 kg di piombo, e ciascuna massa di metallo è già alla temperatura di
fusione.
Stabilisci quale massa richiede la maggiore energia per essere fusa.
Un sistema termodinamico compie la trasformazione ciclica ABCDA rappresentata in figura.
Calcola il lavoro totale compiuto dal gas nella trasformazione.
Il lavoro cambia se la trasformazione viene effettuata in senso inverso?
Calcola il rendimento massimo di una macchina termica che lavora fra due sorgenti di calore con
temperature di 300 °C e 60 °C .
LE ONDE
Un’onda di frequenza 150 Hz si propaga alla velocità di 46 m/s. Determina:
la lunghezza d’onda e il periodo.
Un osservatore che si allontana a 20,0 m/s da una sorgente sonora ferma che emette un sibilo con
frequenza 1200 Hz, quando la velocità del suono è 343 m/s, percepisce un suono di quale
frequenza?