Precorsi Fisica. parte 1

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1 Precorsi 2014 Fisica parte 1

2 Programma ministeriale per il test

3 Grandezze fisiche Una grandezza fisica è una caratteristica misurabile di un entità fisica. Sono grandezze fisiche: velocità, energia di un sistema, forza, massa, lunghezza, intervallo di tempo, Misurare una grandezza significa confrontarla con un unità di misura, ovvero con una grandezza standard dello stesso tipo. Sono state scelte 7 grandezze fondamentali, dalle quali sono esprimibili tutte le altre (grandezze derivate).

4 Grandezze fisiche Grandezza fondamentale Dimensione Grandezze fondamentali U.d.M. nel (S.I.) lunghezza L metro (m) U.d.M nel Sistema c.g.s centimetro (cm) U.d.M. nel sistema tecnico (ST) metro (m) Tempo T secondo (s) secondo (s) secondo (s) Massa Quantità di materia Intensità di corrente M m i Kilogrammo (Kg) mole (mol) ampere (A) Temperatura K Kelvin (k) Intensità luminosa Forza (solo per ST) l candela (cd) grammo (g) Chilogrammo forza (kg f )

5 Grandezze fisiche Alcune grandezze derivate

6 Grandezze fisiche Prefissi Prefisso Fattore Simbolo Pico p Nano 10-9 n Micro 10-6 Milli 10-3 m Centi 10-2 c Deci 10-1 d Deca 10 1 da Etto 10 2 h Chilo 10 3 K Mega 10 6 M Giga 10 9 G Tera T

7 Grandezze fisiche Le grandezze fisiche si possono distinguere in gr. scalari e gr. vettoriali. Una grandezza scalare è espressa da uno scalare (numero reale) e da un unità di misura. Sono grandezze scalari: temperatura, lunghezza, massa, potenziale elettrico, Una grandezza vettoriale è espressa da un vettore, determinato da un modulo, una direzione, un verso e un punto di applicazione:

8 Grandezze fisiche Operazioni con i vettori - Prodotto per uno scalare: b ka - Somma: c a b - Differenza: c a b - Prodotto scalare: p a b - Prodotto vettoriale: c a b

9 Grandezze fisiche Operazioni sui vettori somma di vettori a c c a b c = a+b - b b c = a-b

10 Grandezze fisiche Operazioni sui vettori prodotti scalare vettoriale

11 Grandezze fisiche Analisi dimensionale Perché? controllare formule escludere risposte velocemente! Esempio: caduta libera di un corpo

12 Grandezze fisiche - Quesiti Due grandezze fisiche si dicono omogenee se: a) Si possono moltiplicare tra loro b) Si possono dividere tra loro c) Si possono sommare tra loro d) Sono divisibili per uno stesso numero e) Nessuna delle risposte è corretta

13 Grandezze fisiche - Quesiti Determinare la sequenza crescente delle seguenti unità di misura delle lunghezze: a) nm, Gm, cm, m, Km b) Km, m, cm, Gm, nm c) Gm, nm, cm, m, Km d) nm, cm, m, Km, Gm

14 Grandezze fisiche - Quesiti La massa di 100 cm 3 di acqua equivale a: a) 1 kg b) 0,1 kg c) 10 kg d) 0,01 kg e) 100 kg

15 Grandezze fisiche - Quesiti La differenza tra due vettori di uguale intensità è un vettore di intensità nulla. Vero o falso? a) Vero, se i vettori hanno la stessa direzione e lo stesso verso b) Vero, se i vettori sono fra loro perpendicolari c) Falso: i vettori non possono sottrarsi d) Sempre vero e) Sempre falso

16 Grandezze fisiche - Quesiti Quattro forze complanari, 3 di intensità F e una di intensità 2F, sono applicate nello stesso punto P. l intensità della forza risultante è: F a) F b) 0 c) 5F F F 2F d) 3F

17 Grandezze fisiche - Quesiti 63. Quanti millimetri cubi sono contenuti in un millilitro? 1) 1 2) 10 3) 100 4) ) Test di medicina

18 Cinematica Scopo della cinematica è descrivere il moto di un punto materiale, ovvero la sua posizione in funzione del tempo. In altre parole lo scopo è determinare la legge oraria: s Grandezze cinematiche: -Posizione s(t) -Spostamento s (m) -Velocità (media e istantanea) v = s/ t (m/s) -Accelerazione (media e istantanea) a= v/ t (m/s 2 )

19 Cinematica Moto rettilineo uniforme: v a kost. 0 s t s 0 vt Moto uniformemente v v0 accelerato: a kost. at s t s 0 v 0 t 1 at 2 2 Moto circolare uniforme: a a 2 T // 0 2 r v r v r 2 kost. t 0 t Moto periodico: a 2 k m 2 s s t r cos t r cos t

20 Cinematica Moto uniforme Moto uniformemente accelerato

21 Cinematica Moto circolare uniforme Frequenza angolare

22 Cinematica Moto armonico semplice periodo frequenza

23 Cinematica - Quesiti Il diagramma in figura rappresenta: v t a) Moto rettilineo uniforme b) Moto uniformemente accelerato c) Moto circolare uniforme d) Moto inizialmente unif. accelerato che diventa rett. uniforme e) Moto inizialmente rett. uniforme che diventa unif. accelerato

24 Cinematica - Quesiti Un sasso impiega 2 s per raggiungere il fondo di un pozzo; quanti secondi impiega, trascurando l attrito con l aria, per raggiungere il fondo di un pozzo di profondità 4 volte superiore? a) 8 s b) 4 s c) 2 s d) 16 s

25 Cinematica - Quesiti Si lancia un sasso verso l alto con velocità 10 m/s. Il dislivello che supererà è pari a metri: a) b) c) d) e) 50/9,8

26 Cinematica - Quesiti Da uno stesso punto P partono 2 automobili, l una 30 min dopo l altra. La prima auto viaggia alla velocità di 60 Km/h, la seconda alla velocità di 90 Km/h. La seconda auto raggiungerà la prima dopo a) 1 h dalla partenza della seconda b) 1 h dalla partenza della prima c) 1 h e 1/2 dalla partenza della seconda d) 2 h dalla partenza della prima e) 2 h dalla partenza della seconda

27 Cinematica - Quesiti La Terra ruota attorno al suo asse: a) Con velocità angolare di circa 40000/24 Km/h b) 24 volte in un giorno c) Con velocità angolare /12 rad/ore d) Con frequenza 1/3600 cicli/s

28 Cinematica - Quesiti 64. Un oggetto di massa m = 0,5 kg, legato ad una fune, viene fatto ruotare su una traiettoria circolare ad una frequenza di 2 Hz. Qual e' la sua velocita' angolare in radianti al secondo? 1) 1,5 π 2) 6 π 3) 4 π 4) 3 π 5) 2 π Test di medicina

29 Cinematica - Quesiti Un corpo celeste ha periodo di rotazione T pari a 36 ore. Allora detta ω la sua velocità angolare e detta ωt quella terrestre: A) ω < ωt B) ω > ωt C) ω = 2/36 radiante/s D) ω = 36 ore/radiante E) ω = 1/T Test di medicina

30 Cinematica - Quesiti In un veicolo che si avvia su strada diritta, tutto il contenuto è sottoposto ad una forza: A) diretta in verso concorde alla velocità B) diretta in verso opposto alla velocità C) detta di Coriolis D) proporzionale alla velocità E) proporzionale alla accelerazione di gravità Test di medicina

31 Cinematica - Quesiti Quale tra le seguenti velocità è la maggiore? A) 31 m/s B) 94 Km/h C) 3 Km/min D) 10 5 mm/s E) 90 m/s

32 Un corpo puntiforme di massa M è dotato di un moto con componente tangenziale dell accelerazione uguale a zero, e con componente radiale (o centripeta) dell accelerazione costante e diversa da zero. Il modulo della velocità è V. Quale delle seguenti affermazioni è ERRATA? A) Il modulo del vettore velocità rimane costante nel tempo B) Il corpo puntiforme esegue un moto con traiettoria elicoidale C) Il corpo puntiforme esegue un moto circolare uniforme D) La componente centripeta dell accelerazione è proporzionale al quadrato del modulo della velocità V E) La componente centripeta dell accelerazione è proporzionale al quadrato del modulo della velocità V e inversamente proporzionale al raggio della traiettoria circolare

33 Un aereo viaggia a 800 Km/ora, in assenza di vento, in deirezione Est per 400 Km, poi torna indietro. Il tempo impiegato per tutto il percorso è un ora. Quando, lungo il tragitto, soffia un vento diretto verso Ovest (o verso Est) pari a 50 Km/ora costante per tutto il percorso, il tempo di percorrenza (andata e ritorno) sarà: A) Meno di un ora B) Più di un ora C) Un ora D) Più di un ora se il vento spira da Ovest E) Più di un ora se il vento spira da Est Test di medicina

34 Cinematica - Quesiti Un corpo si muove di moto circolare uniforme, con v = 5 m/s e r = 50 cm. Quanto vale il modulo dell accelerazione centripeta? A) I dati non sono sufficienti B) a = 50 m/s C) a = 0.5 m/s2 D) a = 50 m/s2 E) In un moto circolare uniforme, il modulo dell accelerazione centripeta è sempre nullo

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36 Dinamica Scopo della dinamica è descrivere il moto di corpi soggetti a forze. Conoscendo l entità delle forze agenti su un corpo e postulando i tre principi della dinamica è in genere possibile risalire al moto. Grandezze tipiche utilizzate: -Grandezze cinematiche -Massa m (Kg) -Quantità di moto p=m v (Kg m/s) -Forza F (N=Kg m/s 2 ) -Lavoro/Energia L / E (J=N m)

37 Dinamica Alcune delle forze più comuni: Forza gravitazionale: F gr G m m r Forza grav. sulla sup. terrestre (peso): F gr =mg con g=9,8 m/s 2 Forza elastica: F el k x Forza d attrito: F F s s F F ad d s d

38 Dinamica Principi della dinamica 1) Se la risultante delle forze che agiscono su un corpo è nulla, la sua velocità non cambia (definizione di sistema inerziale) 2) Un corpo sul quale agisce una forza accelera secondo la legge: F 3) Se un corpo A esercita una forza F sul corpo B, B esercita su A una forza F uguale in modulo e direzione e opposta in verso. Dal terzo principio si desume anche la conservazione della quantità di moto per un sistema isolato. m a

39 Dinamica Lavoro ed energia Data una forza F applicata ad un corpo, il lavoro compiuto da tale forza è definito dalla seguente formula: L F s F s cos L energia di un corpo (o di un sistema) è la proprietà che ne indica la capacità di compiere lavoro. La potenza sviluppata da una forza è definita come il lavoro compiuto per unità di tempo: W=L/ t (J/s=W)

40 Dinamica L energia di un corpo può assumere diverse forme: -Energia cinetica: energia posseduta da un corpo in quanto in movimento. 2 Ek 1 mv 2 -Energia potenziale gravitazionale: in presenza di un campo gravitazionale, energia posseduta da un corpo che si trova a quota h. E g mgh -Energia potenziale elastica: energia posseduta da un corpo elastico deformato. Eel 1 kx 2 2 L energia di un corpo può mutare forma ed essere scambiata con altri corpi. L energia totale di un sistema isolato è costante.

41 Dinamica Definizione di campo conservativo: Un campo di forze si dice conservativo quando il lavoro compiuto da tale forza per spostare un corpo dal punto A al punto B non dipende dal percorso del corpo, ma unicamente dalle posizioni iniziale e finale. In tali casi è utile definire un energia potenziale, che dipende quindi dalla posizione del corpo, e si ha che: L ( A B) U A U B Conservazione dell energia meccanica: in un campo di forze conservative l energia meccanica (somma di energia cinetica e potenziale) si conserva, cioè è costante nel tempo.

42 Dinamica Teorema dell energia cinetica: il lavoro compiuto dalle forze agenti su un corpo durante lo spostamento dal punto A al punto B è uguale alla variazione di energia cinetica del corpo. L A B E kb E ka Questo teorema vale sempre.

43 Dinamica - Quesiti Due automobili A (massa 1000kg) e B (massa 2250kg) hanno la stessa energia cinetica quando le rispettive velocità sono ad esempio: a) A = 20 km/h e B = 40 km/h b) A = 60 km/h e B = 40 km/h c) A = 50 km/h e B = 100 km/h d) A = 100 km/h e B = 225 km/h

44 Cinematica - Quesiti Una pallina è soggetta a moto circolare uniforme, su un piano orizzontale, senza attriti, trattenuta da un filo (Fig. O). Quando passa per P viene liberata. Si può dire che: A) colpirà A B) colpirà B C) colpirà nè A nè B D) inizia moto accelerato E) inizia moto ritardato

45 Dinamica - Quesiti 3 sfere di uguale diametro vengono lasciate cadere dalla medesima quota nello stesso istante. La sfera A è di acciaio, la sfera B è di Rame, la sfera C è di legno. Quale è l ordine di arrivo sulla Terra, trascurando la resistenza con l aria? a) Arrivano insieme b) Arrivano nell ordine A, C, B c) Arrivano nell ordine B, A, C d) Arrivano prima e contemporaneamente A e C, poi arriva B e) Manca qualche elemento necessario per risolvere il problema

46 Dinamica - Quesiti Una cassa di 10 Kg trascinata su un piano orizzontale privo di attriti con una forza costante parallela al piano di 50 N è sottoposta ad un accelerazione di: a) 50 N/Kg b) 5 m/s 2 c) 5 cm/s 2 d) 500 J

47 Dinamica - Quesiti 50. Sia indicata con M la massa, con L la lunghezza e con T il tempo. Quali sono le dimensioni della forza nel Sistema Internazionale (S.I.)? A) [MLT -2 ] B) [ML 2 T 2 ] C) [MLT 2 ] D)[MLT] E) [ML 2 T] Test di medicina

48 Dinamica - Quesiti 71. Se un corpo si muove con un'accelerazione costante: 1) il suo moto si dice uniforme 2) la sua velocita' si mantiene costante 3) mantiene costante la quantita' di moto 4) mantiene costante l'energia cinetica 5) su di esso agisce una forza costante Test di medicina

49 Dinamica - Quesiti

50 Dinamica - Quesiti In un certo istante del moto un punto materiale ha velocità v e energia cinetica E. Se in un altro istante l energia cinetica vale 2E, quanto vale la velocità del punto materiale? a) 2v b). c). 2 2 v 2v d) 0,5v

51 Dinamica - Quesiti Un carrello con velocità iniziale v = 4 m/s percorre 20 m in 4 s sotto l effetto di una forza di intensità 240 N esercitata con un angolo di 30 rispetto alla perpendicolare. Qual è la massa del corpo? A) m = 60 kg B) m = 24 kg C) m = 240 kg D) m = 600 kg E) m = 48 kg

52 Dinamica - Quesiti Un bambino regge con una mano due guinzagli che fan capo a due cani. I cani tirano ciascuno con forza 100 N in direzioni tra loro perpendicolari. Sotto queste condizioni, la forza che la mano deve esplicare è pari a: A) 980 Grammi B) 200 Newton C) Newton D) 200 Kilogrammi E) Zero Dyne Test di medicina

53 Dinamica - Quesiti Un astronomo osserva che un meteorite (di massa m1 e velocità v1) si dirige contro un secondo avente massa m2 = 2 m1 e velocità v2 =v1/2 che gli va incontro sulla stessa retta. Potremo asserire che: A) hanno quantità di moto uguali ed opposte B) hanno la stessa quantità di moto C) non si possono incontrare D) il baricentro del sistema è all infinito E) l urto sarà elastico Test di medicina

54 Dinamica - Quesiti Con riferimento al lavoro L = F x s di una forza F il cui punto di applicazione si sposta di s possiamo dire: A) L è nullo se F ed s sono paralleli B) L è massimo se F ed s sono paralleli e discordi C) L non può essere mai nullo D) L non può essere mai negativo E) L è nullo se F ed s sono ortogonali Test di medicina

55 Dinamica - Quesiti Calcolare la potenza sviluppata da una forza costante di 200 N che si oppone al moto di un corpo per 5 s su una distanza di 1,5 m: a) 100 W b) 300 W c) 150 W d) 90 W e) 60 W

56 Dinamica - Quesiti In seguito ad un esplosione un corpo isolato si divide in due frammenti uguali, ciascuno dei quali acquista una velocità propria v1 e v2. Le due velocità: a) Sono uguali in modulo ma hanno direzione diversa b) Sono uguali in modulo, direzione e verso. c) Sono uguali in modulo e direzione ma hanno verso opposto d) Formano un angolo di 90 e hanno modulo uguale e) Formano un angolo di 90 e hanno modulo diverso

57 Dinamica - Quesiti Un corpo in quiete ha massa di 5 Kg. Se viene lanciato manualmente quanto vale la forza esercitata dal muscolo affinchè raggiunga la velocità di 2 m/s dopo 0,5 s? a) 40N b) 20 Kg c) 4N d) 40 Kg e) 20N

58 Dinamica - Quesiti L'accelerazione di gravita' sulla Luna e' circa 1/6 di quella sulla Terra. La massa di un uomo che si trova sulla Luna e': 1) 1/6 di quella che ha sulla Terra 2) 6 volte quella che ha sulla Terra 3) uguale a quella che ha sulla Terra 4) 1/36 di quella che ha sulla Terra 5) 36 volte quella che ha sulla Terra

59 Un sasso lasciato cadere da 20 cm di altezza produce sulla sabbia una buca di profondità 3 mm. Se lo stesso sasso è lasciato cadere da un altezza doppia produrrà una buca profonda (circa): A) 6 mm B) 12 mm C) 1 cm D) 2 mm E) Dipende dalla massa del sasso Test di medicina

60 46. Un corpo di massa M percorre una circonferenza con velocità V costante in modulo. La forza F agente sul corpo è: A) nulla B) diversa da zero e diretta radialmente verso l esterno della circonferenza (centrifuga) C) diversa da zero e diretta radialmente verso il centro della circonferenza (centripeta) D) diversa da zero, e tangente alla traiettoria E) diversa da zero e inversamente proporzionale alla accelerazione centripeta

61 Statica Nella descrizione del moto di un corpo rigido esteso (non puntiforme) devo considerare non solo la risultante delle forze, ma anche dove esse vengono aplicate. È utile introdurre una nuova grandezza fisica: il momento di una forza (rispetto ad un punto O) b o p F M M OP OP F F sen b F

62 Statica La statica studia il problema della dinamica di un corpo rigido esteso nel caso più semplice, cioè nel caso in cui il corpo è fermo (ovvero in equilibrio) Condizioni perché un corpo sia in equilibrio: 1) La risultante delle forze che agiscono sul corpo è nulla F Tot 2) Il risultante dei momenti delle forze calcolati rispetto ad un punto O (qualsiasi ma sempre lo stesso) deve essere nullo 0 M Tot 0

63 Statica - Quesiti Si supponga che l avanbraccio formi un angolo di 90 con il braccio e che la mano sostenga un peso di 70 N. Se l avanbraccio misura 35 cm, il momento rispetto al gomito prodotto dal peso e la forza muscolare del bicipite, supponendo che questo agisca a 5 cm dal gomito, valgono rispettivamente: a) 23,5 Nm; 400 N b) 24,0 Nm; 445 N c) 23,0 Nm; 350 N d) 25,0 Nm; 535 N e) 24,5 Nm; 490 N

64 Fluidostatica Tipici sistemi descritti dalla fluidostatica: recipienti, vasi comunicanti, corpi immersi in recipienti, ecc. Grandezze tipiche utilizzate: -Volume -Densità =m/v (Kg/m 3 o g/cm 3 ) -Pressione p=f/a (N/m 2 =Pa)

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66 Fluidostatica Principali leggi della fluidostatica: Principio di isotropia delle pressioni: in qualunque punto di un fluido, la pressione misurata è indipendente dalla direzione. Principio di Pascal: se il fluido è in quiete e non è soggetto alla forza di gravità, la pressione è uguale in ogni punto. Legge di Stevino: in un fluido soggetto alla forza di gravità, la pressione dipende linearmente dalla profondità: p = g h Principio di Archimede: in un campo gravitazionale g, un corpo immerso in un fluido è soggetto ad una forza verso l alto pari al peso del fluido spostato. F arch = V spost fluido g

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68 Fluidodinamica Scopo della fluidodinamica è descrivere il moto di sistemi fluidi soggetti a forze esterne (ad esempio la gravità) e interne (attrito). Tipici sistemi descritti dalla fluidodinamica: fluidi (ideali o viscosi) che scorrono in condotti. S v Grandezze tipiche utilizzate: Portata: Q = V/t = S v (m 3 /s) Coefficiente di viscosità: (Pa s ovvero 10 Poise)

69 Fluidodinamica Ci si limita a trattare il caso più semplice, ovvero un fluido incomprimibile in moto stazionario in un condotto. In queste condizioni valgono le seguenti due leggi: 1) La portata è costante, quindi in ogni punto del tubo il prodotto Sv è lo stesso. S 2 S 1 v 1 v 2 S 1 v 1 =S 2 v 2 2) Teorema di Bernoulli: il termine p+ gh+1/2 v 2 è costante, ovvero è lo stesso in ogni punto del condotto.

70 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti L unità di misura della portata nel sistema internazionale S.I. è: a) m 3 /h b) m 2 /s 2 c) m 2 /s d) m 2 /h e) m 3 /s

71 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti La pressione p dovuta ad una forza di 10 N applicata ad una superficie di 10 m 2 è: a) P=1 b) P=1 Pascal c) P=100 N/m 2 d) P=100 Pascal e) P=0

72 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti 63. Due oggetti a forma di cubo hanno rispettivamente lato di 5 e di 10 cm. I due cubi hanno esattamente lo stesso peso. Se indichiamo con p il peso specifico del cubo piu' piccolo e con P il peso specifico del cubo piu' grande, in che rapporto stanno i pesi specifici p e P? 1) (p/p) = 16 2) (p/p) = 8 3) (p/p) = 4 4) (p/p) = 2 5) Non si puo' calcolare il rapporto p/p non essendo noto il peso (uguale) dei due cubi Test di medicina

73 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti Affinchè una colonna di sangue eserciti sul fondo una pressione di 100 Torr, considerando che la densità del sangue è circa 13 volte più piccola di quella del mercurio, deve essere alta: a) 1 cm b) 13 cm c) 130 cm d) 1300 cm e) 1000 cm

74 51. Si consideri la pressione in ogni punto di un liquido (in condizioni statiche, supponendo nulla la pressione sulla superficie libera). Quale delle seguenti affermazioni (in qualche modo legate alla legge di Stevino, o delle pressioni idrostatiche) è ERRATA? A) La pressione ad una certa profondità h è direttamente proporzionale ad h B) Variando la densità (assoluta o relativa) del liquido, la pressione (a pari profondità) cambia C) Se l accelerazione di gravità g fosse diversa da quella media sulla Terra (per esempio la metà di quella che noi subiamo tutti i giorni) ebbene la pressione sarebbe diversa (secondo l esempio: la metà) D) La pressione ad una certa profondità h non dipende da h, ma dalla distanza tra il punto preso in considerazione e il fondo del recipiente (mare o lago o altro) E) Misurare la pressione in mmhg o cmh 2 O vuol dire dare solo l altezza della colonna del liquido (Hg o H 2 O) alla cui base viene esercitata una certa pressione (per avere la vera pressione bisognerebbe moltiplicare questa altezza per la densità del liquido e per l accelerazione di gravità) Test di medicina

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76 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti Sia f la densità del fluido in cui è immerso un corpo di densità c. Se f< c : a) Prevale la spinta di Archimede b) Prevale la forza peso c) Il corpo è in equilibrio nel fluido d) Il corpo galleggia e) La spinta di Archimede uguaglia la forza peso

77 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti Un corpo immerso in un liquido di densità 0 ha volume V e densità. La sua accelerazione vale: a) a=0 b) a=( / 0) x g c) a=( 0 - )/ x g d) a=( 0 + )/ x g e) a=( 0 / ) x g

78 Sono dati due recipienti di forma e volume diversi (Fig. P) e riempiti con uno stesso tipo di liquido. Sulla superficie libera dei due recipienti si esercita la stessa pressione atmosferica. Se nei due recipienti si raggiunge la stessa altezza di liquido rispetto alle rispettive superficie di fondo (piane e orizzontali), in quale di essi la pressione sul fondo sarà maggiore? A) In quello che contiene un maggior volume di liquido B) In quello che ha una maggiore superficie libera C) In entrambi i recipienti la pressione sul fondo sarà uguale D) In quello che ha una maggiore superficie di fondo E) In quello che ha una minore superficie di fondo

79 In un condotto orizzontale a pareti rigide, a sezione circolare costante, scorre con moto stazionario un liquido perfetto (o ideale), assoggettato alle sole forze di gravità e di pressione. Dette P1 la pressione in una sezione a monte, e P2 in una sezione a valle (il liquido cioè scorre dalla sezione 1 verso la sezione 2), quale delle seguenti relazione è CORRETTA? A) P1 > P2 B) P1 < P2 P1 P2 C) P1 = P2 1 2 D) Non si può dire nulla senza conoscere l area (costante) della sezione E) Non si può dire nulla senza conoscere la velocità (costante) del liquido

80 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti La spinta di Archimede NON dipende: 1) dalla densita' del mezzo 2) dal peso specifico del mezzo 3) dalla profondita' alla quale il corpo e' immerso 4) dal volume del corpo 5) dal valore dell'accelerazione di gravita'

81 Fluidostatica&Fluidodinamica - Quesiti 70. Il candidato immagini di dividere una pressione (al numeratore) per una forza (al denominatore). Cosa ottiene come risultato? A) Una superficie B) Il reciproco di una superficie C) Una lunghezza D) Una potenza E) Un energia Test di medicina

82 Termodinamica Tipici sistemi descritti dalla termodinamica: gas, liquidi, corpi solidi. Non ci si concentra sul moto di tali sistemi, quanto piuttosto sul loro stato termodinamico all equilibrio o sulla sua evoluzione. Un sistema si dice: -Aperto: se scambia materia o calore con l esterno -Chiuso: se non può scambiare materia, ma può scambiare calore -Isolato: se non può scambiare ne materia ne calore Oggetto principale della termodinamica sono le trasformazioni, ad esempio: Scambi di calore, compressioni, riscaldamenti, passaggi di stato,ecc.

83 Termodinamica Grandezze tipiche utilizzate: Numero di moli n (mol) Massa m (Kg) Volume V (m 3 ) Pressione p (Pa) Temperatura T ( C, K) Energia interna,calore,lavoro U,Q,L (J) Calore specifico molare c (J/Kmol) Calore specifico c (J/KKg) Calore latente (di fusione, di evap., ecc.) f,e (J/Kg) Entropia S (J/K)

84 Termodinamica Scambio di calore Lo scambio di calore tra diversi corpi o sistemi può avvenire in differenti modi: Conduzione: tipica dello scambio di calore tra sistemi solidi o comunque fermi. Lo scambio avviene nella zona di contatto tra i due sistemi. Non c è spostamento di materia Convezione: tipico nei gas o nei fluidi. Materia a differente temperatura si muove trasportando calore Irraggiamento: il calore viene trasmesso attraverso l emissione e l assorbimento di radiazione elettromagnetica.

85 Termodinamica Principi della termodinamica: Principio zero: se il corpo A è in equilibrio termico con B e B è in equilibrio termico con C, A è in equilibrio termico con C. Primo principio: Secondo principio: Q=L+ U (conservazione dell energia) Kelvin: non è possibile trasformare in lavoro tutto il calore assorbito da una sorgente. Clausius: non è possibile una trasformazione il cui unico effetto sia il passaggio di calore da una sorgente fredda ad una più calda. In ogni trasformazione riguardante un sistema isolato s>=0. Le tre formulazioni sono equivalenti.

86 Termodinamica Calorimetria In questa parte della termodinamica si studiano trasformazioni dove allo scambio di calore Q tra corpi consegue solo una variazione di temperatura T o un passaggio di stato. Vengono trascurate le variazioni di pressione o volume. Si tratta, ad esempio, di corpi metallici a contatto, corpi immersi in liquidi, liquidi riscaldati sul fornello, ecc. La legge che descrive questi fenomeni è: Q=mc T c è il calore specifico, caratteristica propria di ogni materiale. Q è positivo quando assorbito. T=T finale -T iniziale

87 Termodinamica La quantità mc viene chiamata capacità termica e, a differenza del calore specifico, è una caratteristica del corpo trattato. Capacità termica C (J/K) Durante un passaggio di stato (evaporazione, sublimazione, fusione, ecc.) il calore scambiato è espresso dalla seguente relazione: Q= m Durante i passaggi di stato il calore scambiato non è seguito da una variazione di temperatura.

88 Termodinamica Gas perfetti Un gas perfetto è un sistema ideale dove: -si trascura lo spazio occupato dalle molecole del gas -Si trascura completamente ogni interazione tra le molecole e tra esse e le pareti del recipiente. Gli urti sono perfettamente elastici. L energia interna del sistema quindi è funzione solo della temperatura del gas: U=nc v T In un gas perfetto all equilibrio le variabili termodinamiche p,v,t sono legate dalla seguente legge (dei gas perfetti): pv=nrt Il modello gas perfetto descrive bene i gas nobili, o comunque i gas caldi e rarefatti.

89 Termodinamica Principali trasformazioni termodinamiche: Per i gas perfetti: Isocore: V costante. P = k T; L=0 Isobare: P costante. V = k T. L=P V Isoterme: T costante. PV= k. U=0

90 Le trasformazioni inoltre si distinguono in: Reversibili ( S dell universo =0): trasformazioni ideali durante le quali il sistema è sempre in stati di equilibrio. Sono percorribili in entrambi i sensi. Irreversibili( S dell universo >0): non reversibili; gli stati intermedi non sono stati di equilibrio. Le trasformazioni osservabili in natura sono sempre irreversibili. Entropia: è una variabile di stato ed è definita come: Q S T rev S in un sistema isolato è sempre 0.

91 Termodinamica Macchine termiche Si definisce macchina termica un dispositivo che opera trasformazioni cicliche scambiando calore tra diverse sorgenti e producendo lavoro. Si distingue tra macchine reversibili e irreversibili, a seconda della reversibilità o meno delle trasformazioni che compongono il ciclo. Si definisce rendimento ( ) di una macchina il rapporto tra il lavoro compiuto e il calore assorbito: =L/Q ass =1-(Q ced /Q ass ) Una macchina reversibile che lavora tra due sorgenti è chiamata macchina di Carnot. Il suo rendimento è: =1-T f /T c ed è il rendimento massimo di una macchina che lavora tra tali due sorgenti.

92 Termodinamica - Quesiti L unità di misura del calore specifico nel S.I. è: a) J/(Kg C) b) Cal/ K c) Cal/Kg d) J/ K e) J/(Kg K)

93 Termodinamica - Quesiti In un thermos sono contenuti 200 gr di acqua alla temperatura di 60 C. Se all interno del thermos vengono versati altri 100 gr di acqua alla temperatura di 30 C, la temperatura finale sarà: a) 90 C b) 45 C c) 30 C d) 55 C e) 50 C

94 Termodinamica - Quesiti Il rendimento di una macchina reale: a) È sempre maggiore di 1 b) È sempre minore di 1 c) È uguale a 1 per le macchine elettriche d) È uguale a 1 per le macchine termiche e) È minore di zero per le macchine frigorifere

95 Termodinamica - Quesiti Un gas perfetto alla temperatura di 20 ºC e alla pressione di Pa occupa un volume di 10 m 3. Si determini il volume che occupa alla temperatura di 0 C e alla pressione di Pa. A) 15.5 m 3 B) 15.5 l C) 15.5 dm 2 D) 17.8 m 2 E) 17.8 l

96 Termodinamica - Quesiti Il secondo principio della termodinamica esclude la possibilità di: a) Produrre lavoro mediante calore b) Trasformare calore in lavoro c) Trasformare integralmente il calore in lavoro in una trasformazione isoterma d) Trasformare integralmente il calore in lavoro in un processo ciclico

97 Termodinamica - Quesiti Sappiamo che una mole di gas perfetto, in condizioni standard, occupa un volume di 22,4 litri. Se lo lasciamo espandere isotermicamente fino a 44,8 litri, allora: A) la sua temperatura assoluta sarà il doppio di prima B) la sua pressione sarà Pa C) la sua pressione sarà il doppio di prima D) la sua pressione sarà pari a quella di prima E) la sua pressione sarà 0,5 Atm Test di medicina

98 Termodinamica - Quesiti In base al secondo principio della termodin. Si può affermare che: a) l entropia dell universo è una funzione crescente del tempo b) L energia dell universo è costante c) È impossibile trasferire calore da un corpo a temp.più bassa ad uno a temp. più elevata d) Il calore scambiato è uguale al lavoro prodotto più la variazione di energia interna e) È possibile trasformare integralmente in lavoro il calore prelevato da una sola sorgente.

99 Termodinamica - Quesiti L unità di misura del rendimento di una macchina termica è: a) Il rendimento è adimensionale b) La caloria c) Il watt d) Il grado centigrado e) Il grado Kelvin

100 Termodinamica - Quesiti La temperatura di ebollizione di una sostanza: a) È costante b) Varia al variare della pressione c) Se è misurata in gradi Celsius non può assumere valore negativo d) È superiore a 100 C e) È superiore a 273 K

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