LICEO SCIENTIFICO STATALE “LORENZO MASCHERONI” 24124 BERGAMO (BG) Via A. Da ROSCIATE, 21/A -Tel. 035-237076 - Fax 035-234283 e-mail: [email protected] - sito internet: http://www.liceomascheroni.it Cod.Mecc.BGPS05000B Cod.Fisc.95010190163 ANNO SCOLASTICO 2013/2014 CLASSE: 3^ MATERIA: DOCENTE: SEZIONE: F FISICA PROF.SSA STEFANIA MORENI COMPITI VACANZE DI FISICA RISOLVERE TUTTI GLI ESERCIZI E TEST PROPOSTI NB - PER STUDENTI CON GIUDIZIO SOSPESO E CON INCERTEZZA: MOTIVA LA SCELTA DELLA RISPOSTA AL TEST E RISOLVI TUTTI GLI ESERCIZI PROPOSTI CON OPPORTUNE CONSIDERAZIONI TEORICHE E DESCRIVENDO LA SITUAZIONE CON UN GRAFICO CAPITOLO 1 – I PRINCIPI DELLA DINAMICA TEST 1 A B C D 2 A B C D Un’automobile blocca le ruote durante una frenata. La velocità iniziale è di 19,6 m/s, mentre il coefficiente d’attrito dinamico è 0,5. Calcola lo spazio di frenata. 9,8 m 93 m 20 m 39 m Siano A la resistenza aerodinamica di un oggetto avente velocità B e C il coefficiente di resistenza. La relazione che lega queste grandezze è: A = C · B2 A=C·B A = C2 / B2 A = C2 · B A B C D Durante un’interazione due corpi di massa C e D, non soggetti a forze esterne, si muovono con accelerazioni E e F. Qual è la relazione che lega queste grandezze? E/F=D/C E/F=C/D E·F=C·D E+F=C+D 4 A B C D La velocità limite di un sferetta in un fluido è la velocità alla quale la resistenza del fluido è: uguale alla forza peso del corpo. metà della forza peso del corpo. doppia della forza peso del corpo. tripla della forza peso del corpo. 3 5 A B C D 6 A B C D Quale accelerazione deve possedere un ascensore di un altissimo grattacielo per fare in modo che una persona, durante il suo moto, abbia un peso apparente uguale al 120% di quello reale? Considera g = 9,81 m/s2. 9,81 m/s2 1,20 m/s2 0,981 m/s2 1,96 m/s2 Le funi ideali sono: solo inestensibili. inestensibili e con massa trascurabile. estensibili ma con massa trascurabile. solo con massa trascurabile. 7 Un libro di massa m sta scivolando senza attrito lungo un piano inclinato con = /6. Siano A il seno dell’angolo , B il coseno dell’angolo e C l’accelerazione di gravità. Qual è l’accelerazione con cui scivola il corpo? A A·C B A·B C B·C D A·B·C 8 A B C D Le forze fittizie: non esistono. sono proporzionali alle masse dei corpi. ci sono nei sistemi di riferimento inerziali. ci sono nei sistemi in quiete. 9 Su un corpo di massa m = 10 kg che viaggia a velocità costante sono applicate le forze F1 , diretta lungo l’orizzontale, e F2 , inclinata di 150° rispetto a F1 . Non c’è attrito dell’aria né sul piano r orizzontale. Quale deve essere il rapporto F1 / F2 affinché il moto continui a velocità costante? A B C D 1,0 0,75 0,87 0,25 10 A B C D Per un oggetto in moto circolare uniforme la forza centripeta è: direttamente proporzionale al raggio. direttamente proporzionale alla massa. inversamente proporzionale al cubo del periodo. inversamente proporzionale alla velocità. PROBLEMI L’arte della stima. Una fune ideale ha un carico di rottura (forza massima che può sopportare senza rompersi) che segue la formula rott = /L, dove = 980 N · m e L è la lunghezza della fune. Stima se una fune lunga 2,0 m può sopportare la massa di una persona adulta di taglia media. 1 2 Una molla ha lunghezza d’equilibrio y0 = 1,0 m ed è posta verticalmente. A essa viene agganciata una massa m e la nuova posizione d’equilibrio è y = 2,0 m. La molla a cui è agganciata la massa viene fatta ruotare (fissando un estremo) su un piano orizzontale privo d’attrito alla velocità angolare e l’allungamento in questo caso è x = 1,0 m. Calcola . 3 Lungo un piano, inclinato di 30° rispetto all’orizzontale, una fune ideale sta trainando un carro di massa m = 200 kg. Lungo il piano è presente una forza d’attrito costante pari a –20 N. Se il carro risale il piano a velocità costante, quanto vale la tensione del filo? 4 Un libro di massa m = 1,0 kg è posto sul pavimento del vagone di un treno che sta rallentando con decelerazione costante pari a –5,0 m/s2. Tra il pavimento e il libro c’è una forza d’attrito costante pari a –0,5 N. Nel momento in cui il treno comincia a frenare il libro si muove. In quanto tempo percorre 2,25 m nel sistema di riferimento solidale al vagone? CAPITOLO 2 - LAVORO ED ENERGIA TEST 1 A B C D 2 A B C D Sia A il lavoro di una forza costante di modulo B che forma con lo spostamento C un angolo il cui coseno vale D. Qual è l’espressione del lavoro? A=B·C·D A=B·C/D A=B·D/C A=B·C+D Una molla con costante elastica 2B è allungata di una quantità D. Quanto vale il lavoro? B·D/2 B · D2 B/D B2 · D 3 Sia A l’energia cinetica di una massa B che si muove con velocità C. Quanto vale l’energia cinetica? A A = B2 · C / 2 B A=B·C/2 C A = B2 / (2 C) D A = B · C2 / 2 4 A B C D Il teorema dell’energia cinetica afferma che: L = –K L = K + U L = K L = K / U 5 A B C D Quale tra queste forze è conservativa? Forza d’attrito statico. Forza d’attrito dinamico. Forza peso. Forza d’attrito volvente. 6 A B C D 7 A B C D 8 Una palla di massa A è posta alla quota B rispetto al suolo. Quale energia potenziale gravitazionale possiede? (C indica l’accelerazione di gravità.) A·B·C A+B+C A·B/C A·C/B L’equazione dell’energia potenziale elastica rappresenta la figura geometrica di: un’ellisse. una retta. una circonferenza. una parabola. Una molla oscilla con una elongazione massima di 1,0 m. La sua costante elastica è 2,0 N/m. Quale valore assume la sua energia meccanica? A 2,0 J B C D 9 A B C D 10 A B C D 1,0 J 4,0 J 0,0 J In un sistema dove sono presenti forze non conservative, indicando con D la variazione di energia meccanica e con N il lavoro delle forze non conservative, si ha: D·N=0 D/N=0 D+N=0 D–N=0 A quanti kW corrispondono 13,59 CV? 13,59 kW 0,1 kW 10 kW 1,0 kW PROBLEMI 1 L’arte della stima. Un ascensore di una certa massa si trova in quiete al terzo piano di un palazzo. Improvvisamente si rompono le sue corde. Un sistema di sicurezza fa in modo che l’ascensore arrivi a terra con un’energia cinetica pari a 1/12 dell’energia meccanica iniziale. Stima il valore del rapporto tra il lavoro svolto dal sistema di sicurezza e il lavoro necessario a sollevare di 1,0 m l’ascensore. 2 Un carro di 50 kg viene trainato a velocità costante da una fune ideale agganciata a un motore posto sulla cima di un piano inclinato con = /4. Il piano inclinato ha un coefficiente d’attrito dinamico D = 0,1. Calcola la potenza erogata dal motore in 0,9 s per trascinare il carro di un tratto s 2/ 2 m. 3 Una molla con costante elastica k = 9,8 N/m è compressa di x = 1,0 m. La molla è posta su un piano orizzontale privo d’attrito. All’estremo libero della molla è fissato un oggetto di massa m = 1,0 kg posto alla distanza s = 1,0 m dalla base di un piano inclinato con = /3. A un certo istante la molla viene «liberata» dal suo vincolo e spinge la massa. Quanto spazio percorre la massa prima di fermarsi? 4 Una molla con k = 1,98 N/m è compressa di un tratto x = 1,0 m. La molla è posta su un piano orizzontale scabro con D = 0,05. Un oggetto di massa m = 1,0 kg è a contatto con l’estremo libero della molla. Calcola con quale velocità la massa si muove quando la molla si distende. CAPITOLO 3 – LA QUANTITA’ DI MOTO TEST 1 A B C D Sia Q la quantità di moto di un oggetto di massa A avente velocità B. Qual è la relazione che lega queste grandezze? Q=A·B Q=A/B Q = A · B2 / 2 Q = A3 · B 2 Siano C la variazione di quantità di moto di un oggetto e B l’impulso della forza che agisce sull’oggetto stesso. Qual è la relazione che li lega? A B = C2 B B·C=1 C B=C D B+C=0 3 A B C D In un sistema isolato: la sommatoria delle forze esterne è diversa da zero. la sommatoria delle forze interne è diversa da zero. si conserva la quantità di moto. non succede nulla. 4 A B C D Le forze interne possono modificare l’energia cinetica totale del sistema? No. Sì. Solo se non sono presenti forze esterne. Solo se sono presenti forze esterne. 5 A B C D In un urto completamente anelastico: non si conserva la quantità di moto. si conserva l’energia cinetica totale del sistema. i corpi proseguono lungo traiettorie diverse. i corpi rimangono incastrati. 6 Lungo una certa direzione avviene un urto completamente anelastico tra un proiettile di 100 g e un blocco di 0,9 kg in quiete. Qual è il valore del rapporto tra la velocità finale del sistema proiettile-blocco e la velocità iniziale del proiettile? A 0,1 B 1,0 C 0,9 D 9,0 7 Siano A l’ascissa di un corpo di massa B e C l’ascissa di un corpo di massa D. Qual è la coordinata x del centro di massa del sistema? A (A · C + B · D) / (B + D) B (A · C · D · B) / (B + D) C (A / C + B / D) / (B + D) D (A · B + C · D) / (B + D) 8 Lungo l’asse x sono poste due masse di 4,0 kg e 1,0 kg, rispettivamente nelle posizioni x1 = –1,0 m e x2. Quanto deve valere x2 per avere il centro di massa del sistema nell’origine di un sistema cartesiano? A 5,0 m B 4,0 m C –1,0 m D 0,0 m 9 In un urto elastico in una dimensione tra due oggetti aventi la stessa massa, di cui uno in quiete, si ha che: A entrambi gli oggetti si fermano. B entrambi gli oggetti si mettono in moto lungo la stessa direzione. C gli oggetti si scambiano le velocità. D l’oggetto in movimento dopo l’urto torna indietro. 10 In un moto unidimensionale, sia A la forza che agisce su un corpo di massa B in un intervallo di tempo C, provocando una variazione di quantità di moto D. Quale delle seguenti equazioni esprime il secondo principio della dinamica? A A=D/C B A=B·D/C C A=B·D·C D A=C/B·D PROBLEMI 1 L’arte della stima. Un bersaglio di raggio 48 cm è legato, tramite il suo punto più alto, a un’asta di massa trascurabile lunga 50 cm. Una freccetta lanciata orizzontalmente da un giocatore con una velocità di 4,9 m/s si conficca al centro del bersaglio. L’asta è agganciata al soffitto e il sistema è libero di oscillare senza attrito. Stima l’angolo massimo, rispetto alla verticale, a cui arriva il sistema bersaglio + freccetta (stima tu la massa di una freccetta e di un bersaglio). 2 In un cannone di massa 1,0 · 103 kg viene inserito un proiettile di massa 10 kg. Il cannone spara il proiettile orizzontalmente con una velocità di 100 m/s. Il cannone è fornito di un sistema di ammortizzatori di costante elastica k. Si vuole che il massimo arretramento del cannone dopo il colpo sia di 10 cm. Quanto vale k? 3 Un uomo di massa m = 70 kg ha la capacità di fare un salto in lungo di circa 2,0 m. L’uomo si trova su una barca lunga L = 15 m e di massa M = 430 kg, a contatto con la banchina di un porto ma non legata. L’uomo si mette a camminare a velocità costante dall’estremo più lontano dal molo verso l’estremo più vicino. Una volta arrivato si accorge che l’imbarcazione si è spostata. Riuscirà con un salto a raggiungere il molo? 4 Un vagone di massa M = 5 · 103 kg sta viaggiando lungo un binario rettilineo a velocità costante. Un elicottero deposita all’interno del vagone dei sacchi di sabbia di massa m = 100 kg. Supponi che si possa trascurare l’attrito e che i sacchi vengano collocati dolcemente all’interno del vagone. Quanti sacchi bisogna depositare per dimezzare l’energia cinetica del vagone rispetto a quella iniziale? CAPITOLO 4 – LA DINAMICA DEI CORPI IN ROTAZIONE TEST 1 A B C D 2 Sia A lo spostamento angolare che avviene nell’intervallo di tempo B. Come si esprime la velocità angolare? A/B A·B A2 / B A2 · B A B C D Sia C il periodo di rotazione di un corpo rigido attorno a un asse E con frequenza D. Qual è la relazione che lega queste grandezze? C · D = 2 C·D=1 C/D=1 C · D = 1 / 2 3 A B C D Il momento di una forza di modulo E e di braccio F è dato da: F/E E/F E·F E · F2 4 A B C D Sia G il momento torcente totale a cui è sottoposta una sfera di momento d’inerzia H se la sua accelerazione angolare è L. Quale relazione lega queste grandezze? G = H2 · L G = H · L2 G=H/L G=H·L 5 A B C D Il momento angolare di un corpo si conserva quando: il corpo ruota attorno a un asse non baricentrale. è nullo il momento torcente totale che agisce su esso. è nullo il momento delle forze interne. è presente un momento di una forza frenante. 6 Un oggetto rimane in equilibrio statico quando: A F 0 M 0 D F 0 M 0 F 0 M 0 F 0 M 0 7 A B C D Un quadro appeso per un punto P è in equilibrio quando: il suo baricentro sta sulla retta verticale passante per P. il suo baricentro sta sulla retta orizzontale passante per P. il suo baricentro sta sulla retta a 45° passante per P. il suo baricentro sta sulla retta che congiunge P a un estremo qualsiasi del corpo. B C A B C D L’energia cinetica di rotazione P di un corpo rigido che ruota con velocità angolare Q attorno a un asse rispetto al quale ha un momento d’inerzia R è: P = (1/2) · R2 · Q P = (1/2) · R · Q2 P = (1/2) · R · Q P = (1/2) · R / Q 9 Un punto materiale parte da fermo nel punto Q0 = /6 e si muove con accelerazione angolare A B C D costante pari a /24 rad/s2. Dopo un intervallo di tempo t 2 2 s in quale posizione si troverà? /3 2 /2 10 A B C D Il baricentro di un corpo rigido coincide con il suo centro di massa se l’accelerazione di gravità è: diversa in tutti i suoi punti. diversa in metà dei suoi punti. uguale in metà dei suoi punti. uguale in tutti i suoi punti. 8 PROBLEMI 1 L’arte della stima. Il piatto di un vecchio giradischi sta ruotando, senza attrito, con velocità angolare costante. Al bordo di questo disco vengono appoggiati delicatamente delle masse di 50 g. Si vuole che l’energia cinetica rotazionale del sistema diventi 1/2 di quella iniziale. Trascura la resistenza dell’aria, le dimensioni delle masse che vengono appoggiate e supponi che non intervengano fenomeni dissipativi. Stima quante masse bisogna appoggiare. 2 Un disco di raggio R = 1,0 m e massa M = 1,0 kg sta ruotando senza attrito con velocità angolare 0 = 16 rad/s attorno al suo asse. A un certo istante il disco viene rallentato grazie all’applicazione di un momento di forza costante pari a 1,0 N · m. In quanto tempo la velocità angolare si dimezza? 3 Un’asta sottile e leggera di massa m e lunghezza L = 1,0 m è appoggiata su un piano orizzontale privo d’attrito. Un estremo è vincolato a un punto del piano orizzontale e l’asta può ruotare attorno a un asse passante per questo punto e perpendicolare al piano orizzontale. All’altro estremo c’è una molla di costante elastica k = 360 N/m compressa di x = 10 cm. A un certo istante la molla viene liberata e l’asta comincia a ruotare alla velocità costante 0 = 6,0 rad/s. Calcola la massa della molla, trascurando ogni forma di dissipazione d’energia. 4 Una pallina di massa m = 100 g è agganciata all’estremo di una fune inestensibile e di massa trascurabile in cui l’altro estremo è vincolato in un punto di un piano orizzontale senza attrito. A un certo istante viene applicata una forza impulsiva di durata t = 1,0 · 10–2 s e di modulo costante. La pallina comincia a muoversi di moto circolare uniforme. All’improvviso la fune viene accorciata da un meccanismo interno fino a metà della sua lunghezza iniziale. La lunghezza iniziale della fune è 1,0 m e la velocità angolare finale della pallina è F = 40 rad/s. Calcola il modulo della forza impulsiva, trascurando ogni forma di dissipazione dell’energia. CAPITOLO 5 - LA GRAVITAZIONE TEST 1 A B C D 2 Siano A e B le masse di due pianeti a distanza C tra loro. Indicando con D la costante di gravitazione universale, qual è l’espressione della forza di attrazione tra i due pianeti? A · B · C / D2 A · B · D / C2 B · D · C / B2 A · D · C / B2 A B C D Siano A la massa della Terra e B il suo raggio. Indicando con C la costante di gravitazione universale, qual è l’espressione della accelerazione di gravità a livello della superficie terrestre? A · C / B2 A · B / C2 A·B·C B · C / A2 3 A B C D Il quadrato della velocità orbitale di un satellite terrestre è: inversamente proporzionale al quadrato del raggio della Terra. direttamente proporzionale al raggio della Terra. direttamente proporzionale alla massa della Terra. inversamente proporzionale alla massa della Terra. 4 A B C D Un satellite è geostazionario: quando appare fermo rispetto alla superficie terrestre. quando si muove verticalmente rispetto alla superficie terrestre. quando è a 1 km di distanza dalla superficie terrestre. quando è fermo sulla superficie terrestre. 5 A B C D La forza di gravitazione universale è: tangenziale. centrale. non conservativa. centrifuga. 6 A B C D L’energia totale di un satellite in orbita è: nulla. positiva o negativa in funzione dell’altezza rispetto al suolo. positiva. negativa. 7 A B C D La velocità di fuga da un pianeta: dipende dalla massa del corpo che viene lanciato. non dipende dalla massa del corpo che viene lanciato. è sempre nulla. è sempre negativa. Una stella di massa M = 4,0 · 1031 kg per trasformarsi in un buco nero dovrebbe contrarsi fino ad avere un raggio di: A 6,0 km B 60 km 8 C 6,0 · 10–2 km D 6,0 · 103 km A B C D Siano B l’asse maggiore dell’orbita di un pianeta attorno al Sole e C il periodo di rivoluzione. Cosa afferma la terza legge di Keplero? B3 / C3 = costante B3 · 4C2 = costante B3 / C2 = costante B3 / 8C = costante 10 A B C D La teoria eliocentrica è stata elaborata da: Tolomeo. Copernico. Fermi. Galileo. 9 Problemi 1 L’arte della stima. La massa della Terra vale 6,0·1024 kg e la costante gravitazionale 6,7·10–11 N · m2 / kg2. La forza di attrazione fra Sole e Terra è 4 · 1022 N. Stima quante volte la massa della Terra è contenuta nel Sole (Suggerimento: pensa alla luce che arriva sulla Terra…) 2 Un pianeta di forma sferica ha una densità media che è 4 volte quella terrestre. Il raggio di questo pianeta è 1/4 di quello terrestre. Considera anche la Terra di forma perfettamente sferica. Calcola l’accelerazione di gravità sul pianeta. 3 L’orbita di un satellite attorno alla Terra ha raggio 4,0·106 m. Per una causa interna al sistema, il satellite comincia a perdere quota muovendosi a spirale attorno alla Terra. Dopo un certo tempo si ritrova in un’orbita di raggio dimezzato rispetto a quello iniziale. Calcola la velocità del satellite. 4 Un razzo ha una certa velocità di fuga da un pianeta che ha massa pari a 9 volte quella terrestre e un raggio 4 volte quello terrestre. Calcola il rapporto tra la velocità di fuga da questo pianeta e la velocità di fuga dello stesso razzo dal pianeta Terra. CAPITOLO 6 – LE ONDE TEST 1 Quale delle seguenti affermazioni è vera? A Un’onda è una perturbazione che trasporta energia ma non materia. B Un’onda è una perturbazione che trasporta materia ma non energia. C Una perturbazione è un’onda che trasporta energia ma non materia. D Una perturbazione è un’onda che trasporta materia ma non energia. 2 Quando l’oscillazione delle particelle del mezzo elastico è parallela alla direzione in cui si propaga l’onda si ha: A un’onda progressiva. B un’onda longitudinale. C un’onda trasversale. D un’onda parallela. 3 Quando l’oscillazione delle particelle del mezzo elastico è perpendicolare alla direzione in cui si propaga l’onda si ha: A un’onda progressiva. B un’onda longitudinale. C un’onda trasversale. D un’onda perpendicolare. 4 Il periodo di un’onda può essere misurato in: A millisecondi. B megahertz. C oscillazioni al secondo. D hertz al secondo. 5 La frequenza di un’onda è: A la durata dell’onda completa. B la velocità dei punti del mezzo elastico. C il numero di oscillazioni compiute in un secondo. D il tempo necessario per compiere un’oscillazione completa. 6 Nella pubblicità di un nuovo computer è scritto: “Il clock del processore funziona a 3,8 GHz”. Ciò significa che l’orologio che scandisce il lavoro del processore assicura: A 3,8 109 oscillazioni al secondo. B oscillazioni di 3,8 109 secondi. C 3,8 106 oscillazioni al secondo. D oscillazioni di 3,8 106 secondi. 7 Quale delle seguenti affermazioni è vera? A Un’onda armonica è un tipo particolare di onda periodica. B Un’onda elastica è un tipo particolare di onda periodica. C Un’onda elastica è un tipo particolare di onda armonica. D Un’onda periodica è un tipo particolare di onda armonica. 8 La lunghezza d’onda A, la velocità B e la frequenza C di un’onda sono legate dalla relazione: A (AB/C) = 1 B C=AB C A=BC D B=CA 9 Quale delle seguenti affermazioni è vera se riferita a un’onda periodica? A La lunghezza d’onda è la massima distanza dopo la quale l’onda si riproduce uguale a se stessa. B L’ampiezza è l’inverso della frequenza. C Il periodo è l’inverso della lunghezza d’onda. D L’ampiezza non dipende dalla lunghezza d’onda. 10 Il principio di sovrapposizione delle onde nei mezzi elastici: A vale in ogni caso. B vale solo se le ampiezze delle onde sono piccole. C vale solo se le frequenze delle onde sono piccole. D vale solo se le velocità sono molto grandi. 11 Due impulsi di forma triangolare, simmetrici rispetto all’asse x, si propagano in versi opposti lungo una corda, come nella figura seguente: Quando i due impulsi si sovrappongono nel punto A, quale delle figure seguenti rappresenta meglio la forma della corda? (Considera A il punto centrale della sovrapposizione.) 12 A e B sono due sorgenti di onde periodiche di lunghezza d’onda che oscillano in fase. Il punto C dista 51,5 da A e 57,5 da B. Nel punto C: A si ha interferenza costruttiva. B si ha interferenza distruttiva. C si ha interferenza a volte costruttiva a volte distruttiva. D non si ha interferenza. PROBLEMI 1 In un mezzo elastico si propaga un’onda con frequenza 10 Hz. Se all’istante t = 10 s il punto P del mezzo è in quiete, dopo quanto tempo lo spostamento di P è massimo? 2 Un’onda elastica di frequenza 150 Hz si propaga alla velocità di 46 m/s. Determina: la lunghezza d’onda. il periodo. 3 Un’onda periodica di ampiezza 0,30 cm si propaga su una corda con frequenza 260 Hz. All’istante t = 4 s il punto P della corda è nella posizione di equilibrio. Calcola quanto dista P dall’equilibrio dopo 0,24 s. 4 Su una corda tesa in posizione orizzontale si propagano due onde armoniche. In un punto fissato, le equazioni delle due onde sono y1 = (0,1 m) cos(13,2 t) e y2 5 (0,1 m) cos(13,2 t + /3). Calcola la lunghezza d’onda di entrambe le onde, sapendo che si propagano a 7,8 m/s. Scrivi la formula dell’onda armonica che si ottiene componendo le due onde