Liceo “GB Vico” Corsico

Liceo “G.B. Vico” Corsico
Classe: 3A
Materia: FISICA
Insegnante: Nicola Moriello
Testo utilizzato: Caforio Ferilli “Fisica! Le regole del gioco” vol 1 ed Le Monnier
1) Programma svolto durante l’anno scolastico
ARGOMENTO
Le leggi del moto
• Il moto in due e tre dimensioni (parabolico)
• Rappresentazione cartesiana dei vettori
Moti circolari e oscillatori
• Moto circolare
• Il moto armonico e descrizione goniometrica del moto
• Il pendolo
NOTE
Unità 1
Unità 2
Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali
• La legge di composizione classica di spostamenti, velocità
ed accelerazioni
• Forze apparenti nei sistemi di riferimento non inerziali
Unità 3
L’energia meccanica
• Ripasso del lavoro, dell’energia cinetica, dell’energia
potenziale, del principio di conservazione dell’energia
Unità 4
La quantità di moto e gli urti
• Quantità di moto e impulso
• La conservazione della quantità di moto
• Gli urti
• Urti elastici e urti anaelastici
Unità 5
Momento di una forza, momento angolare e moto rotatorio
• Il momento angolare e la causa della sua rotazione
• Momento d’inerzia e momento angolare di un corpo esteso
( cenni)
Unità 6
•
La conservazione del momento angolare
La gravitazione universale
• Le orbite dei pianeti
• La legge di gravitazione universale
• Il campo gravitazionale
• L’energia potenziale gravitazionale
• Velocità, periodo ed energia di pianeti e satelliti
Unità 7
L’equilibrio dei solidi
• I sistemi gassosi e le leggi dei gas
• L’equazione di stato dei gas perfetti
Sezione B
TERMODINAMICA
Unità 8
Il primo principio della termodinamica
• Perché il calore è misurato in joule
• Sistemi e trasformazioni termodinamiche
• Il lavoro termodinamico
• Il primo principio : la conservazione dell’energia
• L’energia interna
• Il primo principio della termodinamica
Unità 9
Il secondo principio della termodinamica e l’entropia
• Le macchine termiche
• Enunciato del secondo principio
Unità 10
2) Programma utile per le prove di recupero
ARGOMENTO
NOTE
Le leggi del moto
Unità 1
• Il moto parabolico
• Il momento
Moti circolari e oscillatori
• Moto circolare
• Il moto armonico e descrizione goniometrica del moto
• Il pendolo
Unità 2
Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali
• Forze apparenti nei sistemi di riferimento non inerziali
Unità 3
L’energia meccanica
• Ripasso del lavoro, dell’energia cinetica, dell’energia
potenziale, del principio di conservazione dell’energia
Unità 4
La quantità di moto e gli urti
• Quantità di moto e impulso
• La conservazione della quantità di moto
• Gli urti
• Urti elastici e urti anaelastici
Unità 5
Momento di una forza, momento angolare e moto rotatorio
• Il momento angolare e la conservazione del momento
angolare
Unità 6
La gravitazione universale
• Le orbite dei pianeti
• La legge di gravitazione universale
• Il campo gravitazionale
• L’energia potenziale gravitazionale
• Velocità, periodo ed energia di pianeti e satelliti
Unità 7
Il primo principio della termodinamica
• Perché il calore è misurato in joule
• Sistemi e trasformazioni termodinamiche
• Il lavoro termodinamico
• Il primo principio : la conservazione dell’energia
• L’energia interna
• Il primo principio della termodinamica
Unità 9
3) Lavori consigliati per preparare le prove di recupero
•
•
•
•
•
Le leggi del moto
Problema pag.24; pag.35; pag.41, pag.46 n.30,31; pag.47 n.32, 33, 34; pag.49 n.49, 50,
51
Moti circolari e oscillatori
Problema pag.72; pag.75; pag.81 n.40; pag.82 n.42; pag.83 n. 46, 47
Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali
Problema pag.98
L’energia meccanica
Problema pag.120; pag.123; pag.131; pag.152 tutti i problemi; pag.153 n.16, 17; pag.
155 tutti gli esercizi; pag.156 n.49, 50, 51; pag. 157 da n.73 a n. 79; pag.158 n.81, 82
La quantità di moto e gli urti
•
•
•
-
Problema pag.166, pag.175; pag.183; da pag.187 a pag.192 tutti i problemi; da pag.193 a
pag.197 da n.67 a n. 93
Momento di una forza, momento angolare e moto rotatorio
Problema pag.211
La gravitazione universale
Problema pag.233; pag.237; da pag.256 a pag.259 tutti i problemi; pag.261, 262 da n.55
a n. 64
Il primo principio della termodinamica
Problema pag.271, pag.320
4) Esempi di prove di recupero
La prova di recupero consiste in una prova scritta della durata di circa 1 h e 30 min.
La prova scritta sarà costituita prevalentemente da problemi. Verranno inserite anche
domande a risposta multipla e una domanda di teoria.
Solo nel caso in cui lo studente non raggiungerà una valutazione sufficiente nello
scritto sarà predisposta anche una prova orale. Esempi di possibili esercizi che
verranno somministrati nella prova scritta.
1) Possibili domande a risposta multipla (vero o falso)
-
Un vettore si può sempre scomporre in due componenti di cui è perpendicolare al piano
e un’altra è parallela al piano
VoF
-
Uno scalare è caratterizzato sempre solo da un valore numerico
VoF
-
La velocità media ha stessa direzione, verso e modulo del vettore spostamento
-
La velocità istantanea è un vettore che ha sempre la stessa direzione della velocità media
VoF
VoF
1 2
gt + v0 t
2
-
Se lanciamo un corpo verso il basso allora si ha che s =
-
In una traiettoria curvilinea l’accelerazione centripeta è nulla
-
In un moto di caduta possiamo affermare che il tempo di lancio è sempre uguale al
V o F
VoF
rapporto tra la gittata e la velocità iniziale con cui viene lanciato il corpo
-
Nel moto di caduta di un corpo lungo l’asse x l’accelerazione scalare è nulla
VoF
VoF
-
Se si applicano due forze della stessa intensità e di verso opposto in un punto allora il
momento è sempre uguale a zero
-
VoF
Il prodotto vettoriale tra due vettori è nullo se i vettori sono tra di loro perpendicolari
VoF
-
Se lasciamo scivolare lungo un piano inclinato un corpo di massa m, allora il lavoro
della forza peso è nullo poiché la forza peso è una forza di natura conservativa
-
V o F
Ogni volta che l’autobus frena noi siamo “spinti all’indietro” da una forza apparente
V o F
-
Se raddoppia la distanza tra due masse allora il campo gravitazionale si dimezza
F
V o
-
Il momento di inerzia si può definire come il prodotto tra la massa del corpo per il raggio
della traiettoria V o F
-
Il momento angolare si può definire come il prodotto vettoriale tra la quantità di moto
per il braccio V o F
-
Se un corpo percorre una traiettoria chiusa allora il lavoro totale è nullo
VoF
-
Una trasformazione termodinamica composta nell’ordine da un’espansione isocora, una
compressione isoterma e una compressione isobara è una trasformazione ciclica V o
F
-
E’ impossibile costruire una macchina termica il cui unico risultato è quello di cedere
calore da un corpo piu’ freddo a un corpo piu’ caldo V o F
-
Se lasciamo cadere un corpo da un’altezza h allora l’energia meccanica nel punto piu’
basso (cioè quando il corpo cade a terra) è E M =
-
1
mv 2
2
V o F
Se la quantità di calore Q assorbita da un sistema termodinamico è positiva allora
l’energia interna del sistema aumenta V o F
2) POSSIBILI DOMANDE DI TEORIA (DOMANDE CHE SI POSSONO TROVARE
SIA NELLA PROVA SCRITTA OPPURE VERRANNO FATTE DURANTE
L’ORALE PER GLI STUDENTI CHE NON HANNO RAGGIUNTO LA
SUFFICIENZA NELLA PROVA SCRITTA)
-
Descrivere il moto parabolico
-
Dare la definizione vettoriale di momento meccanico e di momento angolare
-
L’accelerazione nel moto curvilineo. In particolare, mostrare in che caso e per quale
motivo è nulla l’accelerazione centripeta e in che caso e per quale motivo è nulla
l’accelerazione tangenziale
-
Se l’accelerazione tangenziale di un corpo è pari al modulo dell’accelerazione di gravità
possiamo affermare che il modulo della velocità può rimanere costante?
-
Dare la definizione di moto armonico. Il pendolo : schematizzazione, stabilire il valore
della tensione lungo le due componenti del filo e negli estremi di oscillazione. Scrivere
come si scompone la forza peso e la formula del periodo di oscillazione
-
La forza centripeta : definizione, dire cosa accade quando si lancia un martello e cosa
accade, invece, nel giro della morte (in particolare dimostrare perché per compiere un
intero giro ci vuole una velocità minima pari a vmin = g ⋅ r )
-
Le tre leggi di Keplero nel caso di orbite ellittiche. In particolare indicare attraverso un
disegno dove si trovano l’afelio e il perielio. Dove la velocità del pianeta è minima?
Perché?
-
Considera m la massa di un pianeta, M la massa del sole e r la distanza tra le due masse.
Allora, supponendo che l’orbita del pianeta intorno al sole sia circolare, il moto del
pianeta è uniforme. Perché?
La
forza
di
attrazione
……......................................
tra
m
e
e
M
è
direttamente
inversamente
proporzionale
proporzionale
……………………………………………………..
Il suo modulo è F = ……………………
Se raddoppia la distanza tra le due masse allora il modulo della forza F :
al
al
-
Si dimezza
-
Diventa un quarto della forza
-
Raddoppia
-
Quadruplica
-
Definire la differenza tra un urto frontale elastico e un urto obliquo elastico. In
particolare, descrivere cosa accade a due corpi della stessa massa (di cui uno
inizialmente fermo) in un urto elastico obliquo
-
Dare la definizione di trasformazione termodinamica. Definire e rappresentare nel piano
di Clayperon le 3 trasformazioni termodinamiche che abbiamo studiato. Enunciare che
leggi associate a tali trasformazioni. Come si applica il I principio della termodinamica
nelle 3 trasformazioni?
-
Due palline di masse uguali oscillano lungo due fili in modo che la lunghezza del primo
filo (a cui è attaccata la prima pallina) è 4 volte superiore alla lunghezza del secondo
filo. Possiamo affermare che il periodo con cui oscilla la prima pallina è il doppio del
periodo della seconda pallina? Se consideriamo due masse diverse possiamo affermare
che cambiano anche i periodi con cui oscillano le due palline
3) Possibili problemi
-
Un cannone ha sparato una palla alla velocità di 200
m
e con un angolo di inclinazione
s
di 60 gradi. Calcolare :
a) La gittata del colpo
b) Il tempo di lancio
c) La massima altezza che raggiunge la palla.
-
Una mensola di massa trascurabile è imbullonata alle estremità in modo da essere in
posizione orizzontale; un libro di massa m = 2,40kg è posto sulla mensola in modo che
la sua distanza dal bullone destro sia il doppio della distanza dal bullone sinistro.
Determinare le intensità delle forze di reazioni vincolare di ciascun bullone
-
Una scala di massa m = 3,5kg e lunghezza l è appoggiata ad una parete verticale in modo
da formare con il pavimento un angolo di 30 gradi. Considerando trascurabili tutti gli
attriti, calcolare le reazioni vincolari nei punti di appoggio (suggerimento : il peso della
scala poggia sul punto medio della sua lunghezza l)
-
Due bambini su una giostra sono soggetti rispettivamente alle accelerazioni centripete di
moduli a c1 = 1,5
m
m
e a c2 = 2 2 . Sapendo che in un minuto la giostra compie 6 giri,
2
s
s
calcolare per ciascun bambino la distanza dal centro di rotazione, il modulo della loro
velocità e il loro periodo.
-
La pallina di un pendolo semplice di lunghezza 2 m ha una massa di 350 g. Quando la
direzione del filo forma con la verticale un angolo di 30 gradi, l’accelerazione totale
della pallina è di 15
m
. Calcolare il modulo della velocità della pallina e quello della
s2
tensione del filo nella posizione considerata. Calcolare il modulo della forza tangenziale.
-
Un motociclista di massa pari a 65kg decide di affrontare il giro della morte con la sua
moto di massa pari a 150kg . La velocità della moto nel punto piu’ alto (cioè la velocità
minima della moto affinchè il motociclista non cada) è di 30
km
. Calcolare il raggio
h
della pista. Nel punto piu’ basso il modulo della reazione normale è di 4 ⋅ 10 3 N .
Calcolare la velocità del motociclista.
-
Giustificare le seguenti domande :
-
Nel problema numero 3 possiamo affermare che la tensione del filo negli estremi di
oscillazione è pari alla tensione calcolata in precedenza?
-
Nel problema numero 4 supponiamo che la pista viene collocata all’interno di
un’ascensore che accelera verso l’alto. Possiamo affermare che il modulo della reazione
normale nel punto piu’ basso è sempre di 4 ⋅ 10 3 N ? Se, invece, la pista viene fatta
rotolare con velocità costante su un piano orizzontale privo di attrito allora il modulo
della reazione normale nel punto piu’ basso è pari a 4 ⋅ 10 3 N ?
-
Un punto materiale di massa m = 18 kg scende lungo un piano inclinato di altezza h =
2,5m e lunghezza ℓ = 7,5 m; sapendo che parte da fermo e che la velocita’ in fondo al
piano inclinato ha modulo v = 5
m
determinare il modulo della forza di attrito dinamico
s
presente fra il punto materiale e la superficie del piano inclinato. Determinare il
coefficiente di attrito dinamico.
-
Un bambino traina una slitta su un piano orizzontale applicando una forza di modulo F =
50N e che forma un angolo di 35 gradi rispetto all'orizzontale; sapendo che la slitta si muove
con velocita’ costante di modulo v = 0,75
m
determinare :
s
a) il lavoro fatto dalle forze agenti sulla slitta nel tempo t = 12 s;
b) la potenza della forza F
-
Un corpo di massa m = 8,52 kg si trova alla base di un piano inclinato privo di attrito
appoggiato ad una molla di costante elastica k = 21,5
N
; la molla è
cm
compressa di
∆x = 24,2cm . Determinare :
c) il modulo della velocita’ dal corpo appena si stacca dalla molla;
d) l'altezza massima a cui arriva il corpo.
-
Un camion con dei guasti ai freni si immette su una rampa inclinata di 20 gradi alla velocità
di 90
km
. Sapendo che il coefficiente di attrito statico tra la rampa e i copertoni del camion
h
è di 0,6 calcolare dopo quanti metri il camion si fermerà.
-
Un pendolo semplice di lunghezza 2 m e massa pari a 0,20 kg è inizialmente fermo nella sua
posizione di equilibrio (nel punto A). Successivamente, il pendolo viene messo in
movimento ed arriva nel punto B con un’energia cinetica pari a 0,5 J. Calcolare
l’inclinazione del pendolo.
-
Una pallina da tennis di massa m = 100 g si muove orizzontalmente con velocita’ di modulo
pari a 25
m
, quando viene colpita da una racchetta che la rimanda indietro sempre
s
orizzontalmente. Determinare la forza media che occorre esercitare in un intervallo di
tempo di 0,04 s per rimandare indietro la pallina con la velocita’ di 30
m
.
s
- Due blocchi di massa m1 = 6 ⋅ 10 −3 kg e m2 = 2m1 sono uniti da una molla di costante elastica
k = 10
N
e massa trascurabile. I due blocchi sono inizialmente fermi su un piano orizzontale
m
privo di attrito in cui la molla è mantenuta compressa di 5cm rispetto alla sua posizione di
equilibrio. A un certo istante i due blocchi vengono lasciati liberi e per effetto
dell’espansione della molla partono in versi opposti. Calcola le velocità dei due blocchi
(Suggerimento : uguagliate l’energia cinetica totale del sistema)
-
Un proiettile di massa m e velocità v attraversa un blocchetto di legno di massa M, sospeso a
un filo di lunghezza l, e ne fuoriesce con velocità
v
. Si calcoli il minimo valore di v tale che
4
il blocchetto, inizialmente fermo, compia un giro completo intorno al centro di sospensione
-
Un carrello di massa m = 20kg urta centralmente in modo elastico un altro carrello della
stessa massa. I due carrelli procedono lungo la stessa direzione ma in versi opposti, il primo
a 18
km
m
e il secondo a 3 . Quali sono le velocità assunte dai due carrelli dopo l’urto? Qual
h
s
è l’intensità della forza media F12 esercitata dal primo carrello sul secondo, se i due oggetti
hanno interagito per 0,1 s ? Cosa puoi dire a proposito dell’intensità della forza F21
esercitata dal secondo carrello sul primo?
-
Nelle ipotesi del problema precedente se l’urto fosse completamente anelastico quanto vale
il modulo, la direzione e il verso della velocità
-
Un corpo di massa m1 = 2kg scivola lungo un piano inclinato privo di attrito partendo da
un punto A che si trova a un’altezza di 3 m. Esso urta in modo completamente anelastico
un corpo di massa m2 = 3kg inizialmente fermo in un punto B situato nella parte
inferiore del piano. Si determinano :
a) La velocità con cui il corpo di massa m1 urta il corpo di massa m2
b) La velocità dei due corpi subito dopo l’urto
c) La perdita dell’energia cinetica durante l’urto
Il sistema composto dai due corpi dopo l’urto si muove lungo un tratto rettilineo. Sapendo
che il coefficiente di attrito dinamico è kd = 0,3 calcolare lo spazio percorso dal sistema
prima di fermarsi (Si consiglia di trovare l’accelerazione utilizzando il secondo principio
della dinamica).
-
Una sonda di massa m = 20kg viene lanciato radialmente alla superficie della terra con
velocità pari ai
3
4
della velocità di fuga. Calcolare qual è la distanza massima che il
razzo può raggiungere dalla superficie terrestre. Supponendo che la sonda raggiunge la
velocità di 6
calcolare
km
s
la
G = 6,67 ⋅ 10 −11
nel punto in cui la sua distanza dal centro della terra è di 8 ⋅ 106 m
sua
energia
N ⋅ m2
kg 2
meccanica
(si
ricorda
che
; Mt = 5,98 ⋅ 1024 kg ; rt = 6,378 ⋅ 106 m )
v fuga =
2GMt
rt
con