Fisica classe Terza M - Liceo Scientifico Statale GB Grassi Lecco

LICEO SCIENTIFICO E MUSICALE “G.B. GRASSI”
LECCO
CLASSE III M
INDICAZIONI DI LAVORO PER LA SOSPENSIONE DEL GIUDIZIO IN FISICA
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In relazione alle esigenze del quarto anno di corso, si segnala la necessità di una soddisfacente conoscenza di
tutti i contenuti del programma di seguito indicato. Durante il periodo estivo sarà quindi indispensabile
procedere con un attento lavoro di revisione. Tale revisione dovrà essere condotta sia sulla teoria, sia
sull'applicazione, tramite lo svolgimento di esercizi e problemi. Poniti l’obiettivo di assimilare i contenuti
indicati, curando con particolare attenzione il linguaggio utilizzato e la chiarezza dell’esposizione. Oltre al
manuale di fisica, ti servirai del materiale che troverai sul sito del liceo. A fine agosto dovrai sostenere una
prova scritta (sugli argomenti indicati) per stabilire se hai colmato le lacune nella tua preparazione.
PROGRAMMA
1. La misura di grandezze fisiche:
Grandezze fisiche, unità di misura, variabilità sperimentale, istogramma, valore medio, deviazione standard.
2. Cinematica monodimensionale:
Sistema di riferimento, posizione, distanza percorsa, spostamento, grafico spazio-tempo, velocità vettoriale
media, moto rettilineo uniforme, velocità vettoriale istantanea, grafico velocità-tempo, accelerazione, moto
rettilineo uniformemente accelerato.
3. Vettori
Vettore, somma vettoriale, prodotto di un vettore per uno scalare, sottrazione vettoriale, coordinate cartesiane
di un vettore.
4. Cinematica nel piano e nello spazio
Relatività del moto, composizione dei moti, il moto parabolico.
5. Le onde e il suono
Onde trasversali e longitudinali. Ampiezza. Lunghezza d'onda. Periodo. Frequenza. Velocità di propagazione.
Effetto Doppler. Principio di sovrapposizione. Interferenza costruttiva e distruttiva. Funzione d'onda
armonica. Onde stazionarie. Armonici.
ESERCIZI
Per la parte di MECCANICA trovi esercizi da svolgere di livello adeguato alla fine dei seguenti capitoli del
tuo libro di testo: 1, 2, 3, 4, 5, 6 (solo paragrafi 1 e 2). Per la parte sulle ONDE e il SUONO il nostro libro è
stato integrato dalle pagine tratte da un altro libro di testo, che dovresti già avere.
ESERCIZI SUPPLEMENTARI
1. Disegnare dei grafici spazio-tempo qualitativi che rappresentino le seguenti situazioni fisiche: u n corpo si
muove di moto rettilineo uniforme, un corpo inverte il senso del proprio moto, un corpo è fermo, traiettoria
fisicamente impossibile, un corpo dapprima fermo, si mette in movimento a velocità uniforme, un corpo in
moto rettilineo uniforme cambia velocità e prosegue il proprio moto più lentamente.
2. Un naturalista osserva il movimento di un insetto lungo un ramo. All’istante 0 s l’insetto si sposta dalla
posizione iniziale dove si trovava, pari a 0 m. All’istante 6 s l’insetto si trova a 2 m dalla posizione iniziale e
qui si ferma. A 8 s l’insetto riparte tornando indietro lungo il ramo e raggiunge nuovamente la posizione
iniziale a 10 s.
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a. Disegnare il grafico spazio-tempo relativo al moto dell’insetto.
b. Calcolare la velocità vettoriale media tra l’istante 0 [s] e l’istante 6 [s].
c. Calcolare la velocità vettoriale media tra l’istante 0 [s] e l’istante 10 [s].
d. Calcolare la velocità scalare media tra l’istante 0 [s] e l’istante 6 [s].
e. Calcolare la velocità scalare media tra l’istante 0 [s] e l’istante 10 [s].
Approssima tutti i valori alla prima cifra decimale.
3. Due automobili si muovono di moto rettilineo uniforme, con velocità rispettivamente di 82 km/h e 126
km/h, nello stesso senso, sul percorso rettilineo di una autostrada. Quando la seconda automobile passa per la
stazione di servizio, la prima ha già percorso 21 km oltre quel punto. Utilizzare km e h come unità di misura;
approssimare tutti i risultati a due cifre significative.
a. Descrivere il sistema di riferimento rispetto cui si intende descrivere il moto.
b. Disegnare un grafico spazio-tempo qualitativo.
c. Scrivere le equazioni del moto per entrambe le automobili.
d. Calcolare in quale istante la prima automobile verrà raggiunta dalla seconda.
e. Calcolare dove la prima automobile verrà raggiunta dalla seconda.
4. Una palla, inizialmente ferma, viene lasciata cadere da una altezza dal suolo pari a h = 2.53 m.
a. Che tipo di moto compie la palla, nell'ipotesi in cui sia possibile trascurare la resistenza dell'aria?
b. Assumendo un sistema di riferimento verticale, rivolto verso l'alto, con origine all'altezza del suolo e
nell'istante in cui la palla viene lasciata cadere, disegnare un grafico spazio-tempo e un grafico
velocità-tempo qualitativi che descrivano il comportamento della palla durante la sua caduta.
c. Scrivere le equazioni della posizione e della velocità della palla in funzione del tempo, nel sistema di
riferimento dato, precisando a lato il valore numerico dei parametri che compaiono all'interno di tali
equazioni.
d. A partire dalle precedenti equazioni dimostrare che l'istante in cui la palla raggiunge il suolo è pari a
√ 2 h /g .
e. Calcolare il valore numerico dell'istante in cui la palla raggiunge il suolo, nel sistema di riferimento
dato.
f. Sapendo che l'istante in cui la palla raggiunge il suolo è pari a √ 2 h / g , dimostrare che la velocità
della palla nell'istante in cui raggiunge il suolo è pari a √ 2 gh .
g. Calcolare il valore numerico della velocità finale della palla, nel sistema di riferimento dato.
5.
a. Disegnare i vettori ⃗A= 3
(−2) e B⃗ =(3−1/ 2) rispetto a due versori ortonormali.
b. Calcolare il modulo dei vettori ⃗A e B⃗ .
c. Disegnare sul medesimo grafico i vettori
d. Calcolare le coordinate dei vettori ⃗A + ⃗B ,
⃗
A +⃗
B, ⃗
A− ⃗
B.
⃗
⃗
A− B .
6. Visto da un elicottero in volo, un gabbiano si muove ad una velocità di 3.4 m/s verso est. L'elicottero si
muove rispetto al suolo con una velocità di 5.2 m/s verso sud.
a. Determinare le coordinate della velocità del gabbiano nel sistema di riferimento dell'elicottero.
b. Determinare le coordinate della velocità dell'elicottero nel sistema di riferimento del suolo.
c. Calcolare quindi le coordinate della velocità del gabbiano nel sistema di riferimento del suolo.
d. Calcolare il modulo della velocità del gabbiano nel sistema di riferimento del suolo.
e. Calcolare la distanza percorsa dal gabbiano in 12 s per un osservatore a bordo dell'elicottero.
f. Calcolare la distanza percorsa dal gabbiano in 12 s per un osservatore fermo a terra.
7. Una rana salta da terra con una velocità iniziale avente componenti di 0.81 m/s lungo la direzione verticale
e 1.64 m/s lungo la direzione orizzontale.
a. Che tipo di moto compie la rana, nell'ipotesi in cui sia possibile trascurare la resistenza dell'aria?
b. Assumendo un sistema di riferimento composto da due assi cartesiani, uno verticale e uno
orizzontale, con origine nel punto e nell'istante in cui la rana salta, scrivere le equazioni della
posizione della rana in funzione del tempo.
c. Dalle precedenti equazioni del moto ricavare l'equazione della traiettoria della rana.
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d. A partire dall'equazione della traiettoria dimostrare che la distanza orizzontale superata dalla rana
durante il salto è pari a:
2 v0 x⋅v 0 y
.
g
e. Calcolare la distanza orizzontale superata dalla rana durante il salto.
f. Come vedrebbe muoversi la rana, una lucertola che corresse con una velocità pari a 1.64 m/s al di
sotto della rana? Argomentare brevemente la risposta.
8. In una partitura è inserito un La a 440 Hz, della durata di un sedicesimo. L'indicazione di tempo è ♪ =180.
Determinare:
a. la lunghezza d'onda λ di questo suono, in condizioni normali di pressione e temperatura;
b. il periodo caratteristico T di tale suono, ovvero la durata di una singola oscillazione dell'aria;
c. la durata totale della nota Δ t considerando l'indicazione di tempo riportata sullo spartito;
d. il numero di oscillazioni complete che si realizzano durante l'esecuzione della singola nota.
9. Si supponga che un ascoltatore si avvicini al pianista che esegue la partitura dell'esercizio precedente,
camminando ad una velocità di 2.6 m/s, in condizioni normali di pressione e temperatura, con aria ferma.
Con quale frequenza tale ascoltatore percepirebbe la medesima nota considerata prima?
10. Si immagini ora che il pianista stia suonando su un battello fluviale in moto alla velocità di 3.4 m/s.
Supponendo che vi siano condizioni normali di pressione e temperatura, con aria ferma, determinare la
frequenza percepita da un ascoltatore fermo sulle sponde, quando il battello è in allontanamento.
11. Un ascoltatore seduto ad una distanza di 1.20 m dal pianista è raggiunto da un suono con intensità di
−6
2
2.4×10 [W / m ] .
a. Qual è l'intensità percepita da questo ascoltatore espressa in decibel?
b. Qual è l'intensità fisica del suono che raggiunge un secondo ascoltatore, posto a 2.00 m dal pianista?
c. Qual è l'intensità percepita dal secondo ascoltatore espressa in decibel?
d. Qual è l'intensità fisica del suono che raggiunge il primo ascoltatore, se il pianista esegue
contemporaneamente un'altra nota con la medesima dinamica della precedente?
e. In quest'ultimo caso qual è l'intensità percepita dal primo ascoltatore espressa in decibel?
12. Il suono prodotto dal pianista, oltrepassando un ascoltatore, si riflette contro una parete e raggiunge
nuovamente il medesimo ascoltatore. Sapendo che la sovrapposizione del suono diretto e di quello riflesso
provocano una interferenza distruttiva, calcolare la minima distanza dalla parete in cui si trova tale
ascoltatore.