Programma e lavoro estivo Fisica classe 4A

Classe 4^A
Fisica a.s. 2015/2016
PROGRAMMA
La dinamica
Le tre leggi di Newton: principio di inerzia, legge fondamentale della dinamica, principio di azione
e reazione. Alcune applicazioni dei tre principi: la caduta in un fluido, il moto su un piano
inclinato.
Il lavoro e l'energia
Il concetto di lavoro. Definizione di lavoro di una forza costante. Grafico forza-spostamento e
calcolo del lavoro da esso. Il lavoro di una forza non costante. Il concetto di potenza. Il concetto di
energia. Varie forme di energia. Energia potenziale gravitazionale, energia cinetica ed energia
potenziale elastica. Il teorema dell’energia cinetica. Energia meccanica. Legge di conservazione
dell’energia meccanica . Forze conservative e forze non conservative. L’attrito e la diminuzione
dell’energia meccanica. Generalizzazione del principio di conservazione dell’energia:
conservazione dell’energia totale.
La gravitazione
Le tre leggi di Keplero. La legge di gravitazione universale. L’accelerazione di gravità.
La temperatura ed il calore
Il concetto di temperatura. Il termoscopio. Le scale termometriche ed il termometro. La dilatazione
lineare dei solidi. La dilatazione volumica dei solidi e dei liquidi. Il concetto di calore. La capacità
termica di un corpo. Il calore specifico di una sostanza. La legge fondamentale della termologia. I
cambiamenti di stato. Il calore latente. I tre modi di propagazione del calore: conduzione,
convezione, irraggiamento.
COMPITI ( problemi)
1) Un calciatore che batte un calcio di rigore esercita sul pallone una forza di 50 𝑁. Se
l’accelerazione del pallone è di 125 𝑚⁄𝑠 2, qual è la massa del pallone?
2) Un battello scivola sull’acqua sotto l’azione di due forze orizzontali. Una è la spinta del
motore di 2000 𝑁 e l’altra è una forza costante di 1800 𝑁, diretta in verso opposto al moto,
dovuta all’attrito dell’acqua. Se il battello ha una massa di 1000 𝑘𝑔, qual è la sua
accelerazione? Se parte da fermo, quanto valgono spostamento e velocità dopo 10 𝑠 dalla
partenza?
3) Un astronauta pesa 706 𝑁 sulla superficie della Terra. Determina la sua massa. Determina
inoltre il suo peso sulla Luna.
4) Un uomo di 90 𝑘𝑔 e suo figlio di 20 𝑘𝑔 pattinano sulla superficie di un lago ghiacciato.
Padre e figlio stanno in piedi uno di fronte all’altro, poi l’uomo comincia a spingere il
bambino. Trascurando l’attrito, calcola l’accelerazione del bambino sapendo che
l’accelerazione dell’uomo è pari a 0,10 𝑚⁄𝑠 2.
5) Tiziana solleva da terra la sua cagnolina Molly di massa 6,5 𝑘𝑔, per tenerla in braccio, ad
una altezza di 1,5 𝑚. Quanto vale il lavoro compiuto da Tiziana su Molly? Quanto vale il
lavoro compiuto dalla forza di gravità su Molly?
6) Un rimorchiatore traina un traghetto in avaria per 150 𝑚, applicando una forza costante. Se
il lavoro compiuto dal rimorchiatore ammonta a 3,0 𝑀𝐽, quanto vale la forza applicata?
7) Indica se, nelle situazioni descritte sotto, i vari soggetti compiono un lavoro motore,
resistente o nullo ( motiva le risposte):
a) un uomo che spinge un carrello
b) una mano che preme contro una parete fissa
c) l’aria che frena una freccia scagliata in aria
d) una donna che cammina con un vassoio in mano
8)
9)
Una gru solleva una massa di 100 𝑘𝑔 ad una altezza di 3 𝑚 in 30 𝑠. Quanto vale la potenza
sviluppata?
Un motore ha la potenza di 1,2 𝑘𝑊. Quale lavoro può compiere in un minuto?
10) Un ciclista di 60 𝑘𝑔 che procede a velocità costante lungo una strada di campagna, ha una
energia cinetica di 3 000 𝐽. Quanti chilometri percorre in mezz’ora?
11) Una molla allungata di 4,0 𝑐𝑚 possiede una energia potenziale di 1,0 𝐽. Qual è la costante
elastica della molla?
12) Un corpo di massa 500 𝑔 passa da una velocità di 3 𝑚 ⁄𝑠 ad una velocità di 5 𝑚⁄𝑠. Qual è
il lavoro necessario per accelerare il corpo?
13) Un corpo di massa 𝑚 = 300 𝑔 cade da una certa altezza nel vuoto. Quando esso raggiunge
il suolo ha una energia cinetica di 21,6 𝐽. A quale altezza si trovava?
14) Partendo da fermo, Alex scende per uno scivolo acquatico alto 10 𝑚. Nell’ipotesi di poter
trascurare gli attriti, con quale velocità arriva all’acqua della piscina?
15) Due corpi celesti hanno masse rispettivamente di 8,0 ∙ 1015 𝑘𝑔 e 5,0 ∙ 1011 𝑘𝑔 mentre la
loro distanza è pari a 40 𝑘𝑚.
a) Qual è la forza gravitazionale con cui si attraggono?
b) Qual è l’accelerazione che tale forza imprime a ciascuno dei due corpi? ( scrivi i tre
risultati in notazione scientifica)
16) Qual è l’accelerazione di gravità in un punto dello spazio che si trova ad una altezza dalla
superficie terrestre di 700 km?
15) Date due masse 𝑚1 ed 𝑚2 poste a distanza 𝑑, disegna le forze con cui si attraggono e
scrivi la formula per determinarne l’intensità. Ricava poi le formule inverse che servono
per determinare 𝐺, 𝑑 ed 𝑚1 .
17) Disegna la rappresentazione grafica della forza di attrazione fornita dalla legge di Newton
in funzione della distanza e di ciascuna delle due masse.
18) Una sbarra di alluminio, alla temperatura di −5°C, è lunga 50,000 m. Calcola la nuova
lunghezza della sbarra se la temperatura sale a 35°C ( coefficiente di dilatazione lineare
dell’alluminio 𝜆=2,4∙ 10−5 1/K).
19) Una sostanza allo stato solido occupa a 0°C un volume pari a 30 𝑚3 . Sapendo che alla
temperatura di 50°C il suo volume aumenta di 0,27 𝑚3 , determina in base al coefficiente di
dilatazione volumica se la sostanza in questione è mercurio ( 𝜆 = 6,0 ∙ 10−5 𝐾 −1 ) oppure
petrolio ( 𝜆 = 3,1 ∙ 10−4 𝐾 −1 ).
20) Un peso da 4,0 kg, usato per gli allenamenti in palestra, dopo aver assorbito una quantità di
energia pari a 8360 J, varia la sua temperatura di 10°C. Calcola la capacità termica
dell’oggetto ed il calore specifico della sostanza di cui è realizzato.
21) Calcola la quantità di energia necessaria per far passare 1,0 kg di acqua da 15°C a 45°C.
22) 2,0 kg di acqua a 60°C vengono mescolati a 4,0 kg di acqua a 20°C. Nell’ipotesi che tutto il
calore ceduto dall’acqua calda venga acquistato da quella fredda, calcola:
a) la temperatura di equilibrio
b) il calore ceduto dall’acqua calda.
23) Un blocco di ghiaccio di massa 2 kg si trova alla temperatura di −5°C. Calcola il calore
necessario per fondere tutto il ghiaccio.
24) Il muro esterno di una camera è largo 4 m e alto 3 m. Lo spessore del muro è 30 cm e la
conducibilità termica dei mattoni è 𝑘 = 0,5 𝑊/(𝑚 ∙ 𝐾). Quanto calore attraversa il muro in
un’ora se la temperatura esterna è 10°C e quella interna 20°C?