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1 ANNO SCOLASTICO CLASSE DISCIPLINA: FISICA DOCENTE: Paola Avanzini PROGRAMMA Meccanica Le parti della meccanica. Punto materiale e traiettoria. Sistemi di riferimento. Cinematica Studio del moto di un corpo su una traiettoria prestabilita. Legge oraria, velocità. Moto rettilineo uniforme, diagramma orario, unità di misura della velocità. Moto vario su traiettoria prestabilita, velocità media e velocità istantanea nel moto vario. Moto rettilineo uniformemente vario, accelerazione e sua unità di misura. Distanza percorsa come area del diagramma (v,t). Formule fondamentali del moto rettilineo uniformemente vario. Accelerazione media ed istantanea. Caduta dei gravi, leggi della caduta dei gravi. Moto di un punto su traiettoria qualsiasi, spostamento come segmento orientato, composizione di più spostamenti. Vettori e scalari, grandezze scalari e vettoriali, regola del parallelogramma, prodotto scalare e vettoriale, componenti cartesiane di un vettore e algebra vettoriale. Velocità e accelerazione scalare e vettoriale. Velocità come tangente alla traiettoria e come coefficiente angolare della tangente alla legge oraria. Dinamica Il concetto di forza. Le forze come vettori. I tre principi della dinamica. Forza elastica e legge di Hooke. Forze di attrito. La massa, unità di massa e unità di forza. La forza peso, accelerazione di gravità. Massa e peso di un corpo. Moto di un grave trascinato su un piano orizzontale da una forza costante. Moto di un grave trascinato da un altro grave. Moto di un grave lungo un piano inclinato. Moto di corpi con carrucole. Impulso di una forza. Quantità di moto. Teorema dell impulso. Principio di conservazione della quantità di moto e sua deduzione dal III principio della dinamica. Sistemi di riferimento e relatività galileiana Moto di caduta di un grave dall'alto di una torre. Principio di composizione dei movimenti e sua applicazione. Moto di un proiettile e di gravi lanciati. Relatività del moto e principio di inerzia. Scomposizione di un movimento rispetto ad un sistema di riferimento. Principio di relatività galileiana. Le leggi di trasformazione di Galileo. Sistemi inerziali e non inerziali Spazio, tempo e moto nella relatività galileiana. Le forze apparenti. 1

2 Lavoro, potenza, energia Lavoro di una forza. Lavoro di una forza non costante. Potenza. Energia cinetica di un corpo. Energia potenziale gravitazionale ed elastica. Forze conservative e conservazione dell energia meccanica. Conservazione dell energia in presenza di forze d attrito. Applicazioni del principio di conservazione dell energia. Urti elastici ed anelastici. Pendolo balistico. Statica Momento di una forza. Coppia di forze e momento di una coppia di forze. Condizioni di equilibrio per corpi liberi e vincolati. PROGRAMMA DEL LABORATORIO DI FISICA o Studio del moto rettilineo o Verifica della II legge della dinamica o Film: Sistemi di riferimento o Conservazione dell energia nel moto del pendolo Testi in adozione Walker: Dalla meccanica alla fisica moderna, Meccanica - Termodinamica vol.1, linx. Pavia 12 giugno 2016 L'insegnante Paola Avanzini 2

3 COMPITI PER TUTTI: vanno ripassati tutti gli argomenti indicati nel programma, va fatta la correzione della verifica di fisica del 10/5/16 e rifatta la relazione di laboratorio sulla conservazione dell energia, seguendo le indicazioni delle correzioni. Coloro che riceveranno la lettera o che avranno sospeso il giudizio faranno invece tutto il lavoro indicato. INOLTRE, PER CHI HA SOSPESO IL GIUDIZIO O HA RICEVUTO LA LETTERA INDICANTE CHE E STATO AIUTATO : Rifare tutti gli esercizi assegnati durante l anno e le verifiche scritte. Acquistare il testo M. Gatti, R. Pirovano Fisica 2, La Spiga edizioni. Fare gli esercizi relativi al programma svolto. Liceo Scientifico "N. Copernico" di Pavia Classi terze Proposte di lettura di libri di matematica e fisica Guedj Denis, Il teorema del pappagallo. Editore: Tea (2003) oppure Longanesi (2000) Guedj Denis, La chioma di Berenice. Editore: Tea (2005) oppure Longanesi (2003) Luciano Cresci, Le curve celebri. Editore: Muzzio (1998) Apostolos Doxiadis, Zio Petros e la congettura di Goldbach. Editore: Bompiani (2001) Richard Feynman, Sta scherzando, mr Feynman! Editore: Zanichelli (1988) Fritjof Capra, Il Tao della fisica. Editore: Adelphi( 1989) Lucio Lombardo Radice, La matematica da Pitagora Newton. Introduzione di Giorgio Israel Editore Franco Murzio, collana Il piacere della scienza/5 Bertolt Brecht, Vita di Galileo. Ne esistono diverse edizioni 3

4 30 ottobre ) L andamento velocità-tempo relativo al moto di un corpo è indicato in figura. Determinare lo spazio percorso dal corpo nel suo movimento dopo 10 s e il suo spostamento rispetto all origine dopo 20 s. Determinare infine la sua accelerazione nell intervallo di tempo (5 s; 10 s). 2) Un corridore percorre un giro di una pista circolare lunga 200 m impiegando un tempo di 25 s. Si determini: a) la velocità scalare media del corridore e b) il modulo della velocità vettoriale media del corridore. 3) Partendo da fermo, uno sciatore percorre una discesa. Ne percorre 9,0 m in 3,0 s. Ponendo che mantenga l accelerazione costante, quanto tempo impiegherà lo sciatore per raggiungere una velocità di 24 m/s? 4) Guidi la macchina in una strada diritta a 30 km/h per 8,00 km e quindi a 60 km/h per altri 4,00 km. Calcola la velocità media dell automobile nell intero percorso. 5) Una palla da baseball viene lanciata lungo la verticale verso l alto con una velocità di 30 m/s. a) Per quanto tempo salirà verso l alto? b) Che altezza raggiungerà? c) Quanto tempo impiegherà per tornare al punto di partenza dopo essere stata lanciata? d) In quali istanti raggiungerà una velocità di modulo 16 m/s? 6) Avvistando una pattuglia della polizia stradale, freni la tua automobile da 100 km/h a 80,0 km/h nello spazio di 88,0 m con accelerazione costante. a) Quanto vale l accelerazione? b) Per quanto tempo devi frenare? 7) Nell istante in cui un semaforo diventa verde un automobile parte con un accelerazione a = 2,2 m/s 2. Nello stesso istante un camion, che viaggia ad una velocità costante di 9,5 m/s, sorpassa l automobile. a) Si tracci un grafico di s in funzione di t per entrambi i veicoli. b) A che distanza dal semaforo l automobile raggiungerà il camion? c) Quale sarà la velocità della macchina in quell istante? 8) Da un ponte alto 45 m sul livello del fiume si lascia cadere una pietra. Dopo un secondo un altra pietra viene scagliata verso il basso. Le due pietre toccano l acqua contemporaneamente. a) Qual era la velocità iniziale della seconda pietra? b) Tracciare la curva v(t) delle due pietre, ponendo t = 0 al rilascio della prima pietra. 4

5 22 dicembre ) Aldo si esercita con lo snow board. Sapendo che AB = 80 m, BC = 50 m, i due pendii sono inclinati di 30, il coefficiente d attrito tra tavola e neve è 0,2, la massa di Aldo con attrezzatura è di 90 kg, determina: a) la velocità in B; b) la velocità in C e c) lo spazio percorso su CD prima di fermarsi. 2) Un aerostato sta salendo alla velocità di 12 m/s, e quando si trova a una quota di 80 m lascia cadere un pacchetto. a) Quanto impiega il pacchetto ad arrivare al suolo? b) A che velocità urta il terreno? 3) La figura a lato mostra due casse entrambe di 40 kg, che vengono sottoposte a una forza di attrito in cui d = 0,15. Si determini l accelerazione delle casse e la tensione della corda che le collega. 4) Un papà tira una slitta su cui viaggiano i suoi bambini. La massa totale della slitta e dei bambini è 60 kg. Il coefficiente d attrito tra slitta e neve è d = 0,2. La slitta è tirata con una corda che forma un angolo di 40 con l orizzontale. Si trovi la forza d attrito e l accelerazione di bambini e slitta se la tensione della corda è 160 N. 5) Due masse rispettivamente di 7,0 e 9,0 kg sono sospese alle due estremità di una corda di una carrucola priva di massa e che ruota senza attrito (macchina di Atwood). Si determini l accelerazione delle masse e la tensione della corda. 6) Un piano inclinato di 30 è munito nel vertice in alto di una carrucola di peso trascurabile. Due corpi A e B di ugual peso P = 20 N sono collegati tra loro da un filo che passa, senza attrito, sulla carrucola. a) Calcolare l accelerazione con cui si muovono i pesi e la tensione del filo. b) Calcolare il valore delle stesse grandezze nel caso che il coefficiente d attrito tra il peso B e il piano inclinato sia k = 0,1. 7) Tre blocchetti di massa 6,0 kg, 10 kg e 9,0 kg sono collegati come in figura. Se il coefficiente tra il tavolo e il blocco di 10 kg è k = 0,20, si calcoli a) l accelerazione del sistema e b) la tensione della corda a sinistra e a destra del blocco centrale. 5

6 27 febbraio ) Un blocco di massa 3,5 kg è spinto su un piano orizzontale da una forza di intensità 15 N che forma un angolo 40 con l orizzontale, come indicato in figura, essendo il coefficiente di attrito dinamico tra blocco e piano 0,25. Calcola: a) l intensità della forza di attrito che si esercita sul blocco; b) l accelerazione del blocco. 2) Un treno viaggia verso est a 30 m/s rispetto a terra in un piovasco spinto dal vento verso est. Il percorso di ogni goccia d acqua forma con la verticale un angolo di 22 misurato da un osservatore fermo a terra. Un osservatore seduto sul treno vede invece sul finestrino delle tracce perfettamente verticali. Determinare la velocità di ogni goccia relativa a terra e relativa al treno. 3) Facciamo cadere una biglia di massa 10 g da 1 m di altezza in un vagone ferroviario mentre questo viaggia su un rettilineo con velocità costante di 64,8 km/h. a) Che traiettoria descrive la biglia cadendo per chi osserva dal treno? Dove tocca terra? b) Che cosa osserverebbe un casellante da terra? c) Quanti metri ha percorso la biglia lungo la direzione del moto del treno, per l osservatore a terra? 4) Una barca attraversa un fiume muovendosi perpendicolarmente alla corrente con la velocità rispetto a questa di 1 m/s e impiegando 3 minuti per la traversata. Sapendo che raggiunge la sponda opposta in un punto spostato a valle di 90 m, calcola: a) la larghezza del fiume; b) la velocità della corrente e c) quella della barca rispetto alle sponde. 5) Un proiettile viene sparato orizzontalmente con una velocità di 30 m/s dalla cima di una collina alta 80 m. a) Quanto tempo impiegherà per colpire il terreno ai piedi della collina? b) A che distanza dai piedi della collina cadrà? c) Con quale velocità (modulo, direzione, verso) cadrà? 6) Una biglia di massa 60 g scivola senza attrito lungo il piano inclinato di fig. 1 e cade a terra. Determina: a) la velocità con cui la biglia si stacca dal tavolo, in modulo, direzione e verso; b) il tempo di caduta dal tavolo; c) a quale distanza dai piedi del tavolo la biglia tocca terra. d) Cambia il punto di caduta se la biglia ha massa 100 g? 7) Una palla da baseball viene lanciata con una velocità iniziale di 100 m/s e con un angolazione di 30 rispetto al piano orizzontale. A che distanza dal punto di lancio la palla raggiungerà nuovamente l altezza di partenza? 8) Durante delle manovre in una stazione ferroviaria un vagone si muove verso est con velocità v = 2 m/s. Giorgio, il controllore, cammina verso ovest con velocità v = - 2,2 m/s. a) Con quale velocità Giorgio si muove rispetto a un passeggero seduto nel vagone? b) Con quale velocità Giorgio si muove rispetto a un ferroviere fermo a terra? c) Se Giorgio si mette a camminare verso ovest con velocità v = - 1,2 m/s, che cosa osserva il ferroviere? 6

7 10 maggio ) Un blocco di massa 3,75 kg è trascinato a velocità costante su un piano orizzontale, in presenza di attrito per un tratto s = 4,06 m da una fune che esercita una forza costante di modulo F = 7,68 N inclinata di un angolo α = 15 sull orizzontale. Calcolare: a) il coefficiente di attrito dinamico tra blocco e piano; b) il lavoro totale compiuto sul blocco; c) il lavoro fatto dalla fune sul blocco; d) il lavoro fatto dalle forze d attrito sul blocco. 2) La forza necessaria per allungare una molla è data dal grafico di figura. Determina: a) il lavoro necessario per allungare la molla dalla posizione di equilibrio fino a 10 cm; b) da 10 cm a 20 cm; c) da 15 cm a 25 cm; d) la costante elastica della molla. 3) Se la potenza di un motore elettrico è 50 kw a quale velocità il motore può sollevare la cabina di un ascensore di 2, kg? 4) A quale altezza si dovrebbe sollevare un corpo di massa 10 kg per compiere un lavoro di 1 kwh? 5) Sulle montagne russe un carrellino, di massa 2 kg e velocità iniziale nulla, percorre la guida illustrata in figura. Determina: a) l energia cinetica e l energia potenziale in A, B, C; b) la velocità in B e in C; c) l altezza massima a cui arriva il carrellino. 6) Un cannone di massa 1200 kg montato su ruote spara un proiettile di massa 8 kg con una velocità di bocca di 600 m/s ad una angolazione di 30 rispetto al piano orizzontale. Calcolare la velocità orizzontale di rinculo del cannone. 7) Quando una pallottola di massa 15 g colpisce un pendolo balistico di massa 3,0 kg, si osserva che questo si innalza di 10 cm. La pallottola resta conficcata nel pendolo. Determina: a) la velocità del sistema subito dopo l urto; b) la velocità iniziale della pallottola; c) l energia meccanica iniziale e quella finale; d) l energia meccanica perduta e spiega in quali forme si è trasformata questa energia. 8) Un carrello di massa m 1 = 0,6 kg colpisce con velocità v 1 = 5 m/s con urto centrale totalmente anelastico un carrello fermo di massa m 2 = 0,4 kg. Quanto vale la velocità v con cui i carrelli proseguiranno agganciati dopo l urto? Quanto vale la variazione della quantità di moto del secondo carrello? Se l urto è avvenuto in 1,2 s, quanto vale la forza F 1 che il primo carrello ha applicato al secondo? E la forza F 2 applicata dal secondo carrello al primo? Che cosa si può dire circa la direzione e il verso delle due forze F 1 e F 2?. 9) Roberto corre alla velocità di 5,0 m/s inseguendo un carrello di 20 kg che si muove alla velocità di 1,5 m/s. Ad un tratto Roberto salta sul carrello. Sapendo che la massa del ragazzo è di 50 kg, determina: a) la quantità di moto iniziale e finale del sistema; b) la velocità di entrambi dopo il salto e c) per quanto tempo viaggeranno senza fermarsi se la forza d attrito è di 140 N. 7