Fisica – 2016

FISICA
FISICA
UNITÀ DI MISURA
• Un container esercita una pressione di 0.1 atm su una superficie di 5x105 cm2.
Quale forza esercita il container sulla superficie?
UNITÀ DI MISURA
• Un container esercita una pressione di 0.1 atm su una superficie di 5x105 cm2.
Quale forza esercita il container sulla superficie?
5
CINEMATICA – MOTO PARABOLICO
• Matteo lancia orizzontalmente una palla dal tetto di un palazzo imprimendogli una
velocità di 20 m/s, per vedere quanto arriva lontano. La palla tocca terra a 80 m di
distanza. Quanto è alto il palazzo?
CINEMATICA – MOTO PARABOLICO
• Matteo lancia orizzontalmente una palla dal tetto di un palazzo imprimendogli una
velocità di 20 m/s, per vedere quanto arriva lontano. La palla tocca terra a 80 m di
distanza. Quanto è alto il palazzo?
CINEMATICA – MOTO CIRCOLARE
CINEMATICA – MOTO CIRCOLARE
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MOTO CIRCOLARE UNIFORME
Grandezza
Formula
VELOCITÀ TANGENZIALE
2πR
V=
T
VELOCITÀ ANGOLARE
2π
T
⇓
ω=
ω=
V
R
V = ωR
ACCELERAZIONE CENTRIPETA
2
2
V
R
V
ac = ω 2 R = 2 =
R 1
R
DINAMICA – FORZE E ATTRITO
• Una cassa viene appoggiata su un piano inclinato di 30° rispetto all’orizzontale, di
superficie scabra, dotato di costante di attrito √3/15. Per non farla scivolare, la
cassa viene legata ad una cinghia che esercita una tensione parallela al piano di
80 N. Qual è la massa della cassa?
DINAMICA – FORZE E ATTRITO
• Una cassa viene appoggiata su un piano inclinato di 30° rispetto all’orizzontale, di
superficie scabra, dotato di costante di attrito √3/15. Per non farla scivolare, la
cassa viene legata ad una cinghia che esercita una tensione parallela al piano di
80 N. Qual è la massa della cassa?
ENERGIA E LAVORO – LEGGE DI CONSERVAZIONE
• Un carrello del Luna Park di massa 15 kg si trova fermo alla partenza, situata a 5
m da terra. Una molla, di costante elastica 60 N/m, viene compressa di 1 m e
viene usata per dare la prima spinta al carrello. Qual è la velocità finale del
carrello, sapendo che l’arrivo si trova a un’ altezza di 3 m?
ENERGIA E LAVORO – LEGGE DI CONSERVAZIONE
• Un carrello del Luna Park di massa 15 kg si trova fermo alla partenza, situata a 5
m da terra. Una molla, di costante elastica 60 N/m, viene compressa di 1 m e
viene usata per dare la prima spinta al carrello. Qual è la velocità finale del
carrello, sapendo che l’arrivo si trova a un’ altezza di 3 m?
330 J
330 J
660J/
44
6,6 m/s
ENERGIA E LAVORO – URTI (AN)ELASTICI
• La Madda sta giocando a biliardo: 1. La palla bianca che ha colpito ha una massa
di 0.20 kg e sta viaggiando a una velocità di 25 cm/ s. Colpisce frontalmente una
palla ferma nera di massa 0,25 kg, arrestandosi. Qual è la velocità e la direzione
della seconda palla dopo l’urto, considerando il tavolo privo di attrito? 2. Se le due
palle invece rimanessero attaccate, quale sarebbe la loro velocità finale?
ENERGIA E LAVORO – URTI (AN)ELASTICI
• La Madda sta giocando a biliardo: 1. La palla bianca che ha colpito ha una massa
di 0.20 kg e sta viaggiando a una velocità di 25 cm/ s. Colpisce frontalmente una
palla ferma nera di massa 0,25 kg, arrestandosi. Qual è la velocità e la direzione
della seconda palla dopo l’urto, considerando il tavolo privo di attrito? 2. Se le due
palle invece rimanessero attaccate, quale sarebbe la loro velocità finale?
FLUIDOSTATICA – LEGGE DI STEVINO
• Teone, finita la sessione, per rilassarsi va al mare. Si immerge in acqua e respira
grazie a una cannuccia che arriva fino all’aria. Qual è la massima profondità che
può raggiungere sapendo che il sistema respiratorio può sopportare una
differenza di pressione di 76 mmHg?
FLUIDOSTATICA – LEGGE DI STEVINO
• Teone, finita la sessione, per rilassarsi va al mare. Si immerge in acqua e respira
grazie a una cannuccia che arriva fino all’aria. Qual è la massima profondità che
può raggiungere sapendo che il sistema respiratorio può sopportare una
differenza di pressione di 76 mmHg?
FLUIDOSTATICA – PRINCIPIO DI ARCHIMEDE
• Una cassa di legno cubica, pesante 1200 kg e di lato 2 m, galleggia in acqua. Per
quanti cm è immersa nell’acqua?
FLUIDOSTATICA – PRINCIPIO DI ARCHIMEDE
• Una cassa di legno cubica, pesante 1200 kg e di lato 2 m, galleggia in acqua. Per
quanti cm è immersa nell’acqua?
TERMOLOGIA – SCAMBI DI CALORE
• Dave vuole farsi un tè caldo e deve far bollire dell’acqua, ma non ha acqua corrente in
casa, quindi deve usare il ghiaccio del freezer, alla temperatura di -10 °C. Dovendo
portare 0,5 kg di ghiaccio fino alla temperatura di 100 °C, quanto calore dovrà fornire al
ghiaccio? (cghiaccio = 2090 J ; λfusione = 334 J )
kg•K
kg
TERMOLOGIA – SCAMBI DI CALORE
• Dave vuole farsi un tè caldo e deve far bollire dell’acqua, ma non ha acqua corrente in
casa, quindi deve usare il ghiaccio del freezer, alla temperatura di -10 °C. Dovendo
portare 0,5 kg di ghiaccio fino alla temperatura di 100 °C, quanto calore dovrà fornire al
ghiaccio? (cghiaccio = 2090 J ; λfusione = 334 J )
kg•K
kg
Soluzione:
Q = cm∆T ➔ Qtot = Q-10;0 + Qfusione + Q0;100
Qtot = cghiacciom∆T + mλfusione + cacquam∆T
= 2090 J •0,5 kg•10°C + 0,5 kg•334 J + 4186 J •0,5 kg•100°C =
kg•K
kg
= 10450 J + 167 J + 20930 J = 31547 J
kg•K
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
Soluzione:
1- P1/T1 = P2/T2
➔ P2 = P1T2/T1 = 1 atm•600 K/300 K = 2 atm
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
Soluzione:
2- V1/T1 = V2/T2
➔ V2 = V1T2/T1 = 1 m3•400 K/300 K = 4/3 m3
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
Soluzione:
3- P1V1 = P2V2
➔ V2 = P1V1/P2 = 1 atm•1 m3/0,2 atm = 5 m3
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
TERMODINAMICA – GAS PERFETTI
• Sergio possiede 4 moli di He in condizioni standard (1 atm, 27 °C) e decide di fare alcuni test su questo gas:
1.Posto il gas in un contenitore inespandibile, aumenta la temperatura fino a 327 °C: quanto vale la
pressione alla fine?
2.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, aumenta la temperatura
fino a 127 °C: quanto vale il volume alla fine?
3.Posto il gas in un contenitore di volume 1 m3 e dotato di un pistone mobile, diminuisce la pressione a
temperatura costante fino a 0,2 atm: quanto vale il volume alla fine?
4.Posto il gas in un contenitore di 2 m3 alla pressione di 4 atm, quanto vale la sua temperatura?
Soluzione:
4- PV = nRT
➔ T = PV/nR = 2 m3•4•105 Pa/(4 mol•8,314 J/K•mol) = 2,5•104 K
TERMODINAMICA
Concetti
Enunciato/equazione
Principio zero
della termodinamica
Se i corpi A e B sono entrambi in equilibrio termico con un terzo
corpo C, allora lo sono anche fra loro.
Primo principio
della termodinamica
L'energia di un sistema termodinamico isolato non si crea né si
distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra.
Secondo principio
della termodinamica
È impossibile realizzare una trasformazione il cui risultato sia
trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo senza
lavoro esterno (Clausius)
È impossibile realizzare una trasformazione il cui risultato sia
trasformare in lavoro tutto il calore assorbito (Lord Kelvin)
È impossibile realizzare una macchina termica il cui rendimento
sia pari al 100%
Rendimento di un
ciclo reversibile, η
η = 1 - TL/TH
TH: temperatura della sorgente più calda
TL: temperatura della sorgente più fredda
ELETTROMAGNETISMO – MOVIMENTO DI CARICHE
• Una carica di prova di 25 µC entra in un campo elettrico generato da una
carica Q di -108 µC: quale forza agisce sulla carica di prova, se essa si
trova alla distanza di 5 cm dal centro del campo? Se la carica viene poi
mossa dalla forza elettrica di 2 cm verso il centro, quanto lavoro compie? È
un lavoro positivo o negativo?
ELETTROMAGNETISMO – MOVIMENTO DI CARICHE
• Una carica di prova di 25 µC entra in un campo elettrico generato da una
carica Q di -108 µC: quale forza agisce sulla carica di prova, se essa si
trova alla distanza di 5 cm dal centro del campo? Se la carica viene poi
mossa dalla forza elettrica di 2 cm verso il centro, quanto lavoro compie? È
un lavoro positivo o negativo?
Soluzione:
F = qQ/(4πε0•d2)
ε0 = 8,85•10-12 C2/(N•m2)
➔ F = -(25•10-6 C•108•10-6 C)/[4•3,14•8,85•10-12 C2/(N•m2)•(5•10-2 m)2] =
= -10-6•10-6/(10-12•10-4) = -104 N
L = Fs = 2•10-2 m•104 N = 200 J
ELETTROMAGNETISMO – MOVIMENTO DI CARICHE
• Una carica di prova di 25 µC entra in un campo elettrico generato da una
carica Q di -108 µC: quale forza agisce sulla carica di prova, se essa si
trova alla distanza di 5 cm dal centro del campo? Se la carica viene poi
mossa dalla forza elettrica di 2 cm verso il centro, quanto lavoro compie? È
un lavoro positivo o negativo?
Soluzione:
F = qQ/(4πε0•d2)
ε0 = 8,85•10-12 C2/(N•m2)
➔ F = -(25•10-6 C•108•10-6 C)/[4•3,14•8,85•10-12 C2/(N•m2)•(5•10-2 m)2] =
= -10-6•10-6/(10-12•10-4) = -104 N
L = Fs = 2•10-2 m•104 N = 200 J —> è positivo perchè è concorde con la direzione della forza
ELETTROMAGNETISMO — RESISTIVITÀ
• Un filo di rame è lungo 40 cm, ha una sezione di 0,2 cm2 e viene sottoposto
a una d.d.p. di 200 V che genera una corrente I di 4 A. Quanto vale la
resistività del filo?
ELETTROMAGNETISMO — RESISTIVITÀ
• Un filo di rame è lungo 40 cm, ha una sezione di 0,2 cm2 e viene sottoposto
a una d.d.p. di 200 V che genera una corrente I di 4 A. Quanto vale la
resistività del filo?
Soluzione:
∆V = RI
➔ R = ∆V/I = 200 V/4 A = 50 Ω
R = ρl/A
➔ ρ = R•A/l = 50 Ω•2•10-5 m2/4•10-1 m = 2,5•10-3 Ωm
ELETTROMAGNETISMO — EFFETTO JOULE
• Una stufa è alimentata da una batteria a 300 V che dà corrente a un circuito
formato da due resistenze da 60 Ω e da 30 Ω rispettivamente. Conviene
disporre queste resistenze in serie o in parallelo per ottenere una potenza
termica maggiore?
ELETTROMAGNETISMO — EFFETTO JOULE
• Una stufa è alimentata da una batteria a 300 V che dà corrente a un circuito
formato da due resistenze da 60 Ω e da 30 Ω rispettivamente. Conviene
disporre queste resistenze in serie o in parallelo per ottenere una potenza
termica maggiore?
Soluzione:
Circuito in serie: Rtot = R1 + R2 ➔ Rtot = 60 Ω + 30 Ω = 90 Ω
Circuito in parallelo —> 1/Rtot = 1/R1 + 1/R2 ➔ 1/Rtot = 1/60 Ω + 1/30 Ω = 1/20 Ω ➔ Rtot = 20 Ω
Pelettrica = (∆V)2/Rtot = i∆V = i2R
Pserie = (∆V)2/Rtot = 9•104 V2/90 Ω = 1000 W
Pparallelo = (∆V)2/Rtot = 9•104 V2/20 Ω = 4500 W