PROGRAMMA DI FISICA Le grandezze e il moto: grandezze fisiche

Anno scolastico 2014 -15
Classe 3^Ds
PROGRAMMA DI FISICA
Le grandezze e il moto: grandezze fisiche fondamentali e derivate, sistemi di unità di misura,
equazioni dimensionali.
L’algebra vettoriale: operazioni con i vettori, scomposizione di un vettore, componenti cartesiane
di un vettore.
I moti nel piano: la descrizione di un moto, il vettore spostamento, il vettore velocità, il vettore
accelerazione, il moto parabolico, il moto circolare uniforme, il periodo e la frequenza, la velocità
tangenziale, l'accelerazione centripeta, la velocità angolare, il moto circolare uniformemente
accelerato.
I principi della dinamica : le tre leggi della dinamica, i sistemi di riferimento inerziali.
Le forze e i moti: le forze, le forze di contatto, moto con forza costante, il moto lungo un piano
inclinato, la dinamica del moto circolare uniforme: la forza centripeta e la forza centrifuga.
Conservazione dell'energia: , il lavoro di una forza, rappresentazione grafica del calcolo del
lavoro, il lavoro di una forza variabile: la forza elastica, forze conservative e dissipative, energia
potenziale, energia cinetica, teorema dell'energia cinetica, la conservazione dell'energia meccanica,
energia meccanica in presenza di forze non conservative, la conservazione dell'energia totale.
Il lavoro e l’energia: il lavoro di una forza, la potenza, l’energia cinetica, forze conservative,
l’energia potenziale, la conservazione dell’energia meccanica.
La quantità di moto: la quantità di moto e il corrispondente principio di conservazione, gli urti
elastici ed anelastici, gli urti su una retta, gli urti obliqui, il centro di massa, la velocità del centro di
massa, l'accelerazione del centro di massa.
Il momento angolare: i movimenti rigidi, l'energia cinetica di un corpo in rotazione, il momento di
inerzia di un corpo rigido, il momento di una forza, il momento angolare, il momento angolare di un
sistema di particelle e di un corpo esteso, la conservazione del momento angolare, le condizioni di
equilibrio di un corpo rigido.
La gravitazione: le leggi di Keplero, la legge di gravitazione universale, massa inerziale e
gravitazionale, il moto dei satelliti, il campo gravitazionale, calcolo del lavoro della forza
gravitazionale, l’energia potenziale gravitazionale, la forza di gravità e la conservazione
dell’energia meccanica, le velocità di fuga, i satelliti geostazionari.
I gas: ripasso della definizione operativa di temperatura e della dilatazione nei solidi e nei liquidi, le
trasformazioni di un gas, le leggi dei gas: la legge di Boyle, le leggi di Gay-Lussac, l’equazione di
stato dei gas perfetti, la teoria cinetica dei gas, la pressione di un gas perfetto, l'energia cinetica di
un gas perfetto.
Il calore: ripasso del concetto di calore, capacità termica e calore specifico.
Introduzione alla Termodinamica: Il mulinello di Joule, equivalenza caloria-Joule, principio zero
della termodinamica.
COMPITI ESTIVI DI FISICA - Classe 3^Ds
Tutti gli studenti devono:
 ripassare tutti gli argomenti indicati nel programma, curandone la comprensione e la corretta esposizione
orale;
 riguardare gli esercizi svolti in classe e quelli svolti sul libro di testo;

svolgere un adeguato numero di esercizi, scelti ad esempio fra quelli sotto proposti, in modo da
raggiungere un sufficiente grado di preparazione.
1. Un giocatore dà un calcio ad un pallone imprimendogli una velocità di 23 m/s ad un angolo di
45° col terreno. Il portiere avversario, partendo dalla linea di porta posta a 60 m in linea retta dal
punto di tiro, incomincia a correre nella direzione della palla nello stesso istante. Determinare la
massima altezza raggiunta dal pallone, il tempo di volo del pallone, il tempo che il portiere
impiega a raggiungere la palla e lo spazio che deve percorrere.
2. Un proiettile è sparato orizzontalmente dall'altezza di 100 m e tocca il suolo alla distanza di 2500
m. Calcolare la velocità con cui è stato sparato.
3. Un punto si muove su una circonferenza di raggio R = 10 cm ed impiega un tempo Δt = 10 s a
compiere un giro; calcolarne la velocità periferica media e la velocità angolare media. [v =
6,28×10-2 m/s; w = 0,63 rad/s]
4. Calcolare in radianti al secondo la velocità angolare della lancetta delle ore, di quella dei minuti
e di quella dei secondi di un orologio. [wore = 1,45×10-4 rad/s; wmin = 1,74×10-3 rad/s; wsec =
1,05×10-1 rad/s]
5. Un punto materiale si muove con velocità di 6,28 m/s lungo una circonferenza di raggio 20 cm.
Calcolare la frequenza del moto e il numero di giri completi compiuti in 5 s.
6. Un ciclista di massa m = 70,0 kg affronta una salita con una pendenza del 15,0% alla velocità di
36,0 km/h. Quale forza costante deve esercitare per arrivare alla sommità della salita con la
stessa velocità iniziale se la bicicletta pesa P = 29,4 N. (La pendenza di una salita è data dal
rapporto tra il dislivello e la lunghezza).
7. Una massa m1 = 3,00 kg è appoggiata su di un piano orizzontale perfettamente liscio. Tramite
un filo inestensibile di lunghezza L = 1,00 m e di massa trascurabile, attraverso una carrucola, è
attaccata ad un'altra massa m2 = 4,00 kg che penzola dal tavolo ad un'altezza di 80,0 cm e il tutto
è tenuto fermo con una mano. Se il sistema viene lasciato libero calcolare il tempo che la massa
m2 impiega a scendere di 70,0 cm. Che velocità ha in quell'istante?
8. Due corpi di massa m1 = m2 = 2,00 kg sono collegati tra loro tramite una fune priva di massa ed
inestensibile. m1 è appoggiato ad un piano inclinato di 30,0° mentre m2 penzola dal piano
stesso. Trascurando gli attriti si determini l’accelerazione cui è soggetto il sistema. [a = 2,45
m/s2]
9. Un corpo di massa m = 40,0 g viene lanciato dalla base di un piano inclinato verso l’alto tramite
una molla di costante elastica k = 100 N/m. Il piano è alto 3,00 m e lungo 7,00 m. Di quanto
deve essere compressa la molla se vogliamo che arrivi in cima al piano inclinato ? Di quanto sale
se la molla viene compressa di 10,0 cm? [15,3 cm, 2,98 m]
10. Un blocco di massa 1,50 kg si muove lungo un piano orizzontale liscio alla velocità di 2,00 m/s.
Ad un certo istante incontra un piano inclinato, anch’esso liscio, che forma un angolo di 53,0°
con l’orizzontale. Quanto vale lo spazio che il blocco percorre all’insù lungo il piano inclinato
prima di fermarsi ?
11. Uno studente di massa 63 kg si lascia cadere da fermo. Nel contatto col suolo si arresta in 0,010
s. La forza media esercitata sullo studente dal suolo è di 18000 N. Supponi che l’unica forza che
agisce sullo studente durante l’impatto con il suolo sia quella esercitata dal suolo. Calcola da
quale altezza è caduto lo studente. [0,42 m]
12. Una pallina di massa 47 g colpisce il suolo con un angolo di 30,0° con la verticale e rimbalza in
una direzione che forma con la verticale un angolo di 30,0°. Se la velocità della pallina prima
dell’urto è di 4,5 m/s qual è l’intensità dell’impulso esercitato sulla pallina dal suolo?
13. Due pianeti P e P' hanno la stessa massa m = m' se i raggi sono R = 3R', quale relazione sussiste
tra le accelerazioni di gravità sulla superficie dei due pianeti?
14. Due pianeti P e P' hanno la stessa accelerazione di gravità sulla superficie g = g' se i raggi sono
2R = 5R', quale relazione sussiste tra le densità dei due pianeti?
15. L’accelerazione di gravità di due pianeti P e P' è la stessa ad una stessa quota h dalla loro
superficie. Se M/M' = k, quale relazione sussiste tra i raggi dei due pianeti?
16. Un pianeta ha la gravità superficiale di g 0 = 12,5 m/s². Un satellite naturale ha velocità di
rotazione v = 2000 m/s e periodo T = 42 giorni. Calcolare la massa M del pianeta, il suo raggio e
la distanza dalla superficie.
17. Un corpo di massa m = 6,00 kg varia uniformemente la sua velocità da 9,00 m/s a 1,00 m/s in
10,0 s. Si determini: (a) l’accelerazione subita dal corpo; (b) la forza che ha agito nell’intervallo
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di tempo considerato; (c) lo spazio percorso in questo tempo. [(a) a = -0,8 m/s2; (b) F = -4,8 N;
(c) s = 50 m]
Una forza costante di 1,00 N è applicata a un corpo che si sposta di 20,0 cm. Calcola il lavoro
eseguito nei seguenti casi: (a) lo spostamento ha la stessa direzione e lo stesso verso della forza;
[0,20 J] (b) lo spostamento ha direzione perpendicolare a quella della forza; [0 J] (c) lo
spostamento ha una direzione che forma un angolo di 45,0° con la direzione della forza; [0,14 J]
(d) lo spostamento ha la stessa direzione della forza e verso opposto. [-0,20 J]
Un carrello di massa m = 100 g viaggia alla velocità di 3,00 m/s. Ad un certo istante una forza
costante F, avente stessa direzione dello spostamento del carrello e verso opposto, ferma il
carrello impiegando 3,00 s. Calcola il lavoro fatto dalla forza F per fermare il carrello. [-0,45 J]
Si determini la forza agente su un corpo di massa m = 400 g che partendo da fermo percorre
10,0 m in 40,0 s.
Con quale velocità devi lanciare verticalmente verso l’alto un sasso di massa 50,0 g perché arrivi
ad un’altezza di 3,00 m? [7,67 m/s]
Un corpo di massa m = 3,00 kg cade viene lasciato cadere da un’ altezza h . Quando si trova a
12,0 m dal suolo la sua velocità è di 6,00 m/s. Calcola la sua energia cinetica e la sua velocità
quando tocca terra. Da che altezza è stato lasciato? [K = 407 J; v = 16,5 m/s; h = 13,8 m]
Una slitta di massa 24 kg si muove con velocità costante mentre viene tirata da una forza di 18
N formante un angolo di 30° con l’orizzontale. Si determini il coefficiente d’attrito.
Un blocco di massa 3.8 kg è trascinato su un piano orizzontale privo di attrito da un altro blocco
di massa 0.5 kg collegato ad esso da un filo avvolto ad una carrucola. Calcolare l’accelerazione
del sistema e la tensione del filo. Calcolare l’accelerazione e la tensione nell’ipotesi che tra il
primo blocco e il piano si eserciti attrito con coefficiente k=0.2
In una giostra di un Luna Park una ruota di 15m di diametro ogni minuto compie 5 giri intorno
al proprio asse orizzontale. Qual è l’accelerazione del passeggero nel punto più alto? E nel punto
più basso? Qual è la velocità angolare della giostra?
Un cestista alto 2 m effettua un tiro libero. La linea del tiro libero dista in orizzontale 4,6 m dal
canestro che si trova a 3,05 m dal suolo. Il cestista tira la palla con un angolo di inclinazione di
45° rispetto al suolo. Quale velocità deve dare il cestista alla palla per fare canestro?
Un blocco di massa m=1 kg è in equilibrio su un piano inclinato di 20° con coefficiente di attrito
statico µs=0,5. Rappresenta tutte le forze agenti e i componenti della forza peso lungo il piano e
perpendicolare al piano. Calcola il modulo della forza d’attrito. Determina il massimo angolo di
inclinazione del piano che permette al blocco di non scivolare. Tale angolo dipende dalla massa
del blocco?
Ad un certo istante, che si assume come istante zero, un bambino lascia cadere una pietra in un
pozzo profondo nel quale l’acqua si trova a 30,0 m dalla sua imboccatura. Calcola dopo quanto
tempo t il bambino sente il tonfo della pietra nell’acqua (assumi che il suono si propaghi con
moto rettilineo uniforme alla velocità di 340 m/s). [t = 2,56 s]
Due automobili A e B iniziano una corsa sulla distanza di 16 km partendo all’istante zero dallo
stesso punto. L’automobile A viaggia alla velocità di 40 m/s, l’automobile B alla velocità di 20
m/s. Dopo 200 s l’automobile A ha un guasto meccanico che la blocca per 500 s; riparato il
guasto, l’automobile riparte sempre con la velocità di 40 m/s. Rappresenta la dipendenza spaziotempo per entrambe le automobili fino a quando entrambe hanno percorso il tratto di 16 km.
Stabilisci inoltre quale delle due automobili arriva per prima al traguardo. Quando la prima
automobile giunge al traguardo, dove si trova l’altra? [vince la gara l’auto B, che compie i 16 km
in 800 s; quando B è al traguardo, l’automobile A ha percorso solo 12 km]