Esercizi: lavoro, energia, potenza, rendimento.
11. Un uomo di 70 kg deve trasportare un sacco di 40 kg da
terra fino ad un balcone posto all'altezza di 5 m. Egli si carica
il sacco sulle spalle e sale su una scala a pioli verticale. Qual è
il lavoro che deve compiere? Quale potenza sviluppa se
impiega 2 minuti? Se lo stesso uomo, sempre con il carico
sulle spalle, salisse invece su una scala inclinata di 60° rispetto
2. Di quanto è allungata rispetto alla posizione di riposo una all'orizzontale, quale lavoro dovrebbe compiere? Quale
molla di costante elastica 820 N/m se possiede un'energia sarebbe il suo spostamento e quale forza dovrebbe usare?
potenziale di 18 J? Qual è la massa di un corpo che possiede
l'energia potenziale di 5,83 J quando è sospeso all'altezza di 70 12. Per trainare una slitta si ha a disposizione un cavo elastico.
Il cavo inizialmente si tende, rimane in tensione mentre la
cm? Di quale tipo di energia potenziale si parla nei due casi?
slitta viene trainata, si accorcia in parte quando chi traina si
3. Un bambino trascina uno zaino per 10,2 m compiendo un ferma. In figura è riportato l’andamento della forza in funzione
lavoro di 720 J con una forza inclinata di 45° verso l’alto dello spostamento. Quanto lavoro compie, in totale, la forza
rispetto all’orizzontale. Calcola la forza con la quale il esercitata dal cavo?
bambino sposta lo zaino.
1. Il K2, la seconda montagna della Terra, è alto 8616 m ed è
stato scalato per la prima volta da una spedizione italiana nel
1954. Considera un alpinista di 80 kg sulla sua vetta.
Calcolane l’energia potenziale rispetto al livello del mare e
rispetto al Monte Bianco, alto 4810 m.
4. In un esercizio alla pertica, Fabio che pesa 6,4 ·10 2 N si
arrampica fino a un’altezza di 4,0 m e poi scende a terra.
Calcola la variazione della sua energia potenziale
gravitazionale: nel tratto in salita; nel tratto in discesa;
nell’esercizio completo.
5. Un carrello da supermercato di massa 10,0 kg viene spinto
per 2,00 m da fermo con una forza di 100 N. La forza di attrito
con il pavimento è di 30,0 N. Determina: il lavoro compiuto
dalla forza applicata al carrello, il lavoro compiuto dalla forza
di attrito, l'energia cinetica e la velocità finale del carrello.
6. Una cassa di massa 95 kg, cui viene impressa una velocità
di 3,5 m/s, scivola sul pavimento di un magazzino e si arresta
dopo aver percorso 2,3 m. Quanto vale il lavoro fatto dalla
forza di attrito? Supponendo che la forza di attrito sia costante
determinarne il modulo. Determinare inoltre il coefficiente di
attrito dinamico.
7. Davide si lancia con il parapendio da una rupe alta 500 m
sul fondo della valle. La sua massa complessiva (compresa
l’attrezzatura) è pari a 90 kg. Nel momento in cui sta per
atterrare la sua velocità è 5 m/s. Quanta energia meccanica si è
trasformata in altre forme?
8. Un pallone da pallacanestro, che ha massa m = 0,600 kg,
viene lasciato cadere da fermo da un’altezza di 1,30 m.
Rimbalza al suolo e risale fino all’altezza di 0,80 m. Quanta
energia meccanica si è trasformata in altre forme per attrito
con l’aria e nel rimbalzo?
13. Un fornello elettrico è un dispositivo che assorbe energia
elettrica e la trasforma in calore. Su un fornello di potenza
nominale di 3000W è posto un recipiente di rame di 200g
contenente 2 kg di acqua. Sapendo che l’acqua ed il recipiente
subiscono un salto termico di 40°C in 5 minuti, determina la
quantità di calore assorbita ed il rendimento termico, cioè il
rapporto tra potenza effettiva assorbita dal sistema e potenza
nominale, del fornello in questo processo.
14. Un atleta in allenamento compie esercizi che richiedono
grande impiego di energia. Supponi, per esempio, che in una
seduta di allenamento un atleta faccia le seguenti azioni:
- solleva per 400 volte una massa di 30 kg all'altezza di 70 cm;
- dopo essersi appesantito con piombi in vita fa 50 saltelli
sollevando la massa di 90 kg ogni volta di 30 cm;
- tira per 300 volte, estendendole ogni volta di 60 cm, delle
molle di costante elastica 160 N/m.
Quanta energia chimica brucia in tutto, se il rendimento dei
suoi muscoli è il 25%?
Con l'aiuto dei dati raccolti sulle confezioni alimentari,
progetta uno spuntino adatto a reintegrare l'energia persa da
quell'atleta per compiere gli esercizi descritti.
9. Un pianoforte di massa 300 kg viene sollevato a velocità
costante da una gru da terra fino ad un appartamento posto a
10 m di altezza. Sapendo che la gru opera alla potenza
costante di 400 W, quanto tempo impiega a sollevare il 15. Una macchina percorre 50 km in 30 3 minuti grazie a un
motore che sviluppa una potenza di 21·10 W. Calcola la forza
pianoforte?
esercitata.
10. Una freccia di 80 g lanciata in verticale raggiunge l'altezza
di 25 m. Se la resistenza (attrito) dell'aria, che si considera
costante, vale 0,2 N, quanto vale il lavoro fatto dalla forza di
attrito? Quanto lavoro quindi è stato necessario per tendere
l'arco? A quale altezza arriverebbe la freccia se non esistesse la
resistenza dell'aria?
16. In una centrale termoelettrica si bruciano ogni secondo 50
kg di combustibile di potere calorifico 4·107 J/kg. La centrale
produce la potenza elettrica di 800 MW. Qual è il rendimento
energetico della centrale, in altri termini, quale percentuale
dell’energia chimica che entra nel sistema ne esce sotto forma
di energia elettrica?
