Liceo Scientifico "F.Lussana" - Anno Scolastico 2013/14 - Classe 2R Programma svolto di FISICA - Prof. De Giampaulis Marco

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1 Liceo Scientifico "F.Lussana" - Anno Scolastico 2013/14 - Classe 2R Programma svolto di FISICA - Prof. De Giampaulis Marco MODULO 1. LE GRANDEZZE VETTORIALI Gli spostamenti. Vettori e scalari. Operazioni con i vettori. Composizione di due vettori (metodo punta-coda, metodo del parallelogramma). Scomposizione di un vettore secondo due direzioni ortogonali; le funzioni seno, coseno, tangente e le funzioni inverse; somma di due o più vettori per componenti. MODULO 2. LE FORZE E L EQUILIBRIO La rappresentazione vettoriale delle forze. Condizione generale di equilibrio traslatorio di un corpo. Equilibrio di un oggetto lungo un piano inclinato in assenza e in presenza di attrito. L equilibrio alla rotazione. Il momento di una forza. Condizione generale di equilibrio rotatorio. Le macchine semplici. Il baricentro. Attività sperimentali e di laboratorio: Equilibrio di un oggetto in presenza di più forze non allineate; equilibrio di un oggetto lungo un piano inclinato in assenza di attrito; misura della forza di attrito radente statico e dinamico. MODULO 3. LA PRESSIONE E L EQUILIBRIO DEI FLUIDI La pressione. La pressione idrostatica e la legge di Stevino Il principio di Pascal; i vasi comunicanti. La pressione atmosferica. La spinta di Archimede. Attività sperimentali e di laboratorio: Esperienze di idrostatica e aerostatica in aula gradinata: uso del manometro differenziale (tubo a U contenente mercurio) per la misura della pressione idrostatica a diversi livelli di profondità; legge di Stevino; bilancia idrostatica; esperienza di Torricelli; diavoletto di Cartesio. MODULO 4. LA LUCE Ipotesi sulla natura della luce. La propagazione rettilinea della luce. La misura della velocità della luce; indice di rifrazione dei materiali. La riflessione della luce; legge della riflessione; riflessione da specchi piani e specchi curvi. Equazioni degli specchi La rifrazione della luce; legge della rifrazione; riflessione totale. Lenti sottili convergenti e divergenti, equazione delle lenti sottili. Attività di laboratorio: - analisi sperimentale delle leggi di propagazione rettilinea, riflessione, rifrazione, riflessione totale. Libro di testo: Giuseppe Ruffo Fisica Lezioni e problemi, volumi AB e EF, ed. Zanichelli Bergamo, giugno 2014 L'insegnante Gli studenti

2 Liceo Scientifico F. Lussana Bergamo Estate classe 2^R Lavoro estivo di fisica Docente: Marco De Giampaulis Bergamo, giugno 2014 Alunni promossi senza lettera di aiuto: Per ogni argomento ripassa la parte teorica ed esegui gli esercizi delle schede allegate. ( nella risoluzione devono essere presenti i passaggi. ) Gli esercizi vanno presentati il primo giorno di scuola. Se hai la sospensione del giudizio o la lettera in fisica, svolgi anche i seguenti esercizi tratti dal libro di testo. Se hai la sospensione del giudizio porta il quaderno con gli esercizi il giorno dell esame orale. Si richiede inoltre di allenarsi a risolvere correttamente le verifiche assegnate per il recupero del debito negli anni passati (le tracce sono reperibili nell area Fisica della piattaforma MOODLE, a cui si accede tramite il sito della scuola). VOLUME A+B UNITÀ 3: LE GRANDEZZE VETTORIALI Verifiche di fine unità: Problemi: da 1 a 39 (tutti, tranne il n. 40), alle pagg. A96-A102. UNITA 4: L EQUILIBRIO DEI CORPI SOLIDI Verifiche di fine unità: Test: tutti, pagg. B23. Verifiche di fine unità: Problemi da 1 a 13 pagg. B26-B28; da 19 a 23, pag. B30. UNITA 5: L EQUILIBRIO DEI FLUIDI Verifiche di fine unità: Test: tutti, pagg. B53. Verifiche di fine unità: Problemi da 1 a 36 (tutti) pagg. B54-B58. VOLUME E+F UNITA 14: LA LUCE Unità 14, Verifiche di fine unità: Problemi da 1 a 20, pag. F26-F28. Alunni con sospensione del giudizio o con l'indicazione "studio estivo" sulla lettera inviata a casa: Per quanto riguarda il recupero delle conoscenze teoriche, si richiede agli allievi di studiare le seguenti unità del libro di testo, corrispondenti al programma svolto in classe:

3 Volume A + B: MISURE E STATICA UNITA 3: LE GRANDEZZE VETTORIALI Lezione 1: Gli spostamenti. Strumenti di matematica: i vettori. Lezione 2: Le forze. Lezione 3: Gli allungamenti elastici. Lezione 4: Le operazioni sulla forze. Lezione 5: Le forze di attrito. UNITA 4: L EQUILIBRIO DEI CORPI SOLIDI Lezione 1: L equilibrio di un corpo. Lezione 2: Il momento di una forza. Lezione 4: Le macchine semplici. Lezione 5: Il baricentro. UNITA 5: L EQUILIBRIO DEI FLUIDI Lezione 1: La pressione. Lezione 2: Il principio di Pascal. Lezione 3: I vasi comunicanti. Lezione 4: La pressione atmosferica. Lezione 5: La spinta di Archimede. Volume E + F: TERMODINAMICA E OTTICA UNITA 14: LA LUCE Lezione 1: La propagazione della luce. Lezione 2: La riflessione della luce. Lezione 3: La riflessione sugli specchi curvi. Lezione 4: La rifrazione della luce. Lezione 5: La riflessione totale. Si assegna inoltre la risoluzione dei seguenti dei problemi delle schede allegate e dei seguenti test, quesiti e problemi: L insegnante Marco De Giampaulis

4 Esercizi su Forze ed Equilibrio meccanico (1) Una gomma per cancellare è appoggiato su un banco di scuola, che viene inclinato progressivamente. Sapendo che il coefficiente di attrito tra la gomma e il banco k vale 0,8, determina qual è l'inclinazione minima necessaria perché la gomma scivoli verso il basso. (2) Un gruppo di schiavi egizi sta trascinando una grossa pietra, di massa 10 tonnellate, lungo un piano inclinato in salita, la cui inclinazione è di 5. Grazie all'utilizzo di tronchi d'albero posti sotto la pietra, si riesce a ridurre il coefficiente di attrito fino a un valore k = 0,05. Qual è il valore minimo della forza che gli schiavi dovranno esercitare per riuscire a spostare la pietra? Supponendo che ciascuno schiavo riesca ad esercitare durante lo sforzo una forza media di 400 N, quanti schiavi sono necessari? (3) Calcola la massa di un oggetto appoggiato ad una parete verticale, sapendo che per impedire che esso cada è necessario esercitare una forza F = 30 N e che il coefficiente di attrito tra oggetto e parete vale 0,6 (vedi figura). F (4) Una valigia di massa m = 10 kg dotata di rotelle viene trainata da un turista lungo una superficie orizzontale. Sapendo che per spostare la valigia il viaggiatore esercita una forza F di intensità 20 N inclinata di un angolo α = 30 rispetto all'orizzontale (vedi figura), calcola il valore del coefficiente di attrito tra le ruote e il terreno. F α (5) Un armadio di massa m = 150 kg è appoggiato su un piano orizzontale. Il coefficiente d attrito tra l armadio e il piano vale 0,2. Si riesce a spostare l armadio esercitando una forza orizzontale di intensità 350 N? Si riesce a spostarla con una forza di uguale intensità, ma inclinata di 30 verso l alto? (6) Due casse collegate da un filo sono appoggiate a due piani inclinati che compongono una costruzione a forma triangolare (vedi figura). Gli angoli α e β valgono rispettivamente 40 e 60, mentre le masse m 1 e m 2 valgono rispettivamente 20 kg e 10 kg. Supponendo che l attrito sia trascurabile - Determina se le due casse sono in equilibrio o in movimento; - In caso di movimento, calcola la forza necessaria per ottenere equilibrio (forza equilibrante). m 1 m 2 α β

5 (7) Un acrobata cammina a 40 m di altezza su di un filo teso tra due palazzi distanti 20 m. Sapendo che l acrobata ha la massa di 60 kg e che quando arriva al centro del percorso il filo forma un angolo di 10 con l orizzontale: a. Disegna lo schema delle forze agenti sul punto centrale del filo; b. Calcola l intensità delle due forze oblique esercitate dalla fune; c. A quale altezza da terra si trovano le estremità del filo? Esercizi sull Equilibrio rotazionale 1) Un imbianchino di peso 750 N è in equilibrio su di una tavola di legno, omogenea, di peso 160 N, come mostrato in figura. Sapendo che la lunghezza della tavola vale 4 m, determinare le tensioni delle due corde di sostegno nel caso in cui la distanza dell imbianchino dall estremo sinistro della tavola è 2,8 m. In figura è illustrata una scala omogenea, lunga 6 m e pesante 250 N, appoggiata ad un muro, inclinata di 53 gradi rispetto all orizzontale. Non c è attrito tra scala e muro, mentre il coefficiente di attrito statico tra scala e pavimento vale k=0,58. Una donna di peso 600 N sale lentamente sulla scala. Qual è la distanza massima, misurata lungo la scala a partire dalla base, che può percorrere prima che la scala cada? Giovanni e Maria trasportano un peso di massa 60 kg su una tavola lunga 4 m, come mostrato in figura. La massa della tavola è 10 kg. Poiché Giovanni passa la maggior parte del suo tempo a leggere libri di cucina mentre Maria fa regolarmente flessioni, essi mettono il peso a 2,5 m da Giovanni e a 1,5 m da Maria. Si trovi la forza che ciascuno di loro deve esercitare per trasportare il peso. Dalla medesima parte di un'altalena a dondolo si siedono un bambino, di massa 30 kg, e una bambina, di massa 25 kg. Il bambino si posiziona ad una distanza di 1 m dal fulcro dell'altalena, mentre la bambina si siede ad una distanza di 60 cm. A quale distanza si deve sedere un adulto, di massa 70 kg, per riuscire ad equilibrare l'altalena?

6 Due persone trasportano un mobile, di massa 50 kg, legato a due assi di legno le cui estremità sono appoggiate sulle spalle dei due. Le assi sono lunghe 2 m, e il baricentro del mobile si trova a 80 cm dalla persona A che si trova davanti. Calcola la forza esercitata dai due trasportatori A e B. Un'asse di legno, lunga 1 m e di massa 4 kg, è sostenuta da due funi ancorate al soffitto, ciascuna di lunghezza 2 m. Sull'asse è collocata una tolla di pittura, di massa 6 kg, ad una distanza di 20 cm dalla fune di destra (vedi figura). Quanta forza sta esercitando ciascuna delle due funi per sostenere l'asse? 6 kg 80 cm 20 cm Un'assicella di legno lunga 20 cm e di massa 100 g è appoggiata su un tavolo in modo tale che una sua estremità sporge di 4 cm rispetto al bordo del tavolo. Quante monete, ciascuna di massa 10 g, è possibile appoggiare sul bordo dell'assicella senza farla ribaltare? Un gatto, di massa 2 kg, sta percorrendo un'asse di legno lunga 3 m, di massa 3 kg, appoggiata a due cavalletti posizionati ad un metro da ciascuna delle due estremità. Riuscirà il gatto a percorrere l'intera asse senza farla ribaltare? Un tuffatore di massa m = 70 kg, si trova all'estremità destra di un trampolino, lungo 4 m e di massa 100 kg, sorretto da due sostegni collocati rispettivamente a 0,5 m e a 2 m dall'estremità sinistra del trampolino. Determina intensità, direzione e verso delle forze esercitate dai due sostegni sul trampolino.

7 Si desidera appendere un piccolo martello ad un filo in modo che, sospeso in aria, il manico del martello si mantenga orizzontale (vedi figura). Il manico è lungo 25 cm e pesa 100 g, mentre la parte metallica del martello, la cui base è quadrata di lato 2 cm, ha massa 200 g. In quale punto del manico deve essere sospeso il martello? Una scala, lunga 2 m e pesante 10 kg, è appoggiata a una parete in modo tale che le estremità inferiori della scala distano 50 cm dalla parete. Sapendo che il coefficiente di attrito tra i piedini della scala e il pavimento vale 0,2, stabilisci se la scala è in equilibrio. Un uomo, di massa 70 kg, cerca di salire sulla scala. Riuscirà ad arrivare in cima senza far cadere la scala? Una persona di massa 80 kg sta salendo su una scala di legno lunga 3 m, di massa 10 kg, appoggiata ad una parete con un'inclinazione di 15 rispetto alla verticale. Supponendo trascurabili gli attriti della scala contro la parete e sul pavimento, calcola l'intensità della forza orizzontale F che deve esercitare un amico (amico!) della persona sulla scala per sostenerla ed impedire all'amico di cadere a terra, tenendo conto che il punto di applicazione della forza F si trova esattamente nel punto medio della scala. Esercizi su Pressione e Equilibrio dei fluidi 1) Quale forza occorre applicare sulla superficie di 50cm 2 di un torchio idraulico se sull altra superficie di area 5m 2 è situata una massa di 150kg? 2) Per misurare la densità di un liquido che non si mescola con acqua, è possibile versarlo in un tubo a U contenente acqua fino a un certo livello. Versando 10 ml di liquido in uno dei rami del tubo si determina una situazione di equilibrio in cui il livello del liquido sovrasta di 1 cm quello dell acqua. Sapendo che il tubo ha una forma circolare con un diametro di 1 cm, determina la densità del liquido. 3) Un parallelepipedo di ottone, a base quadrata, ha lo spigolo di base di 3,00cm e l altezza di 4,10cm. Sospeso ad un dinamometro fa segnare un peso di 0,770N. Immerso completamente nella benzina fa segnare 0,560N. Trovare la densità della benzina. 4) Un corpo ritenuto d oro e che si sospetta contenga al suo interno del ferro, pesa 20 N. Immerso in un recipiente di acqua si ha una perdita di peso di 1,5 N. Sapendo che la densità dell oro è 19,3 g/cm³ e quella del ferro è 7,89 g/cm³, determina se la frode esiste, e, in tal caso, determina il peso del ferro e quello dell oro.

8 Esercizi sulla costruzione delle immagini degli specchi piani 1) Per risparmiare, vorresti comprare lo specchio più piccolo che ti permetta di vederti per intero. Lo specchio rispetto alla tua altezza dovrebbe essere: 1) la metà 2) due terzi 3) uguale Una sola delle tre risposte è corretta. Individuala fornendo una spiegazione. 2) Un pitone miope lungo 3,66 m è steso davanti ad uno specchio piano perpendicolarmente ad esso e ammira la sua immagine riflessa. Assumi che la maggior distanza alla quale il serpente riesce a vedere in modo chiaro sia 8,235 m. Quanto deve distare la testa dallo specchio perché il serpente sia in grado di vedere nitidamente la sua coda? [ 2,29 m ] 3) Il vetro posteriore di una macchina è approssimativamente un rettangolo, di larghezza 1,3 m e di altezza 0,30 m. Lo specchietto retrovisore all interno della macchina, si trova a una distanza di 0,50 m dagli occhi del guidatore e a una distanza di 1,5 m dal vetro posteriore. Calcola le dimensioni minime dello specchietto retrovisore, per far sì che il guidatore sia in grado di vedere l intera larghezza e altezza del vetro posteriore nello specchietto senza muovere la testa. [ altezza = 7,5 cm lunghezza = 33 cm ] Esercizi di Ottica geometrica (specchi curvi) 1) Un chiodo, alto 2 cm, è posto in corrispondenza dell asse ottico di uno specchio concavo, il cui raggio di curvatura vale 20 cm, ad una distanza di 15 cm dal vertice. Rappresenta la situazione con un disegno in scala. - Determina la posizione dell immagine del chiodo (= la distanza dal vertice dello specchio); - Calcola le dimensioni dell immagine, stabilisci se l immagina è ingrandita o rimpicciolita; - Stabilisci se si tratta di un immagine reale o virtuale, dritta o rovesciata. 2) Uno specchio convesso, avente una distanza focale di 25 cm, viene utilizzato in corrispondenza ad un incrocio stradale, dove la visuale diretta risulta impedita da un ostacolo. Un pedone si trova ad una distanza di 5 metri dallo specchio, in corrispondenza dell asse ottico dello specchio. - Rappresenta la situazione con un disegno, anche non in scala. - Determina la posizione dell immagine del pedone (= la distanza dal vertice dello specchio); - Calcola l ingrandimento dell immagine; - Stabilisci se si tratta di un immagine reale o virtuale, dritta o rovesciata.

9 3) Un raggio luminoso entra in una sfera di plexiglas (indice di rifrazione del plexiglas 1,5) con un angolo di incidenza tale che l angolo di rifrazione risulta di 30. Determina l angolo di incidenza del raggio luminoso, all ingresso nella sfera di plexiglas; il punto di fuoriuscita del raggio; l ampiezza dell angolo di rifrazione all uscita dalla sfera; l angolo di deflessione totale. n i 4) Un raggio luminoso incide una lastra trasparente di plexiglas, di spessore 2 cm, nel punto centrale della base superiore, che è di forma quadrata e ha un lato di 10 cm. L angolo di incidenza vale 45. Calcola l ampiezza dell angolo di rifrazione formato dal raggio di luce all ingresso nella lastra. Determina il punto esatto di fuoriuscita della luce dalla lastra. Rappresenta una sezione laterale e il percorso della luce mediante un disegno in scala. 5) Un prisma di vetro ha come sezione trasversale un triangolo isoscele, avente una base lunga 12 cm e il lato obliquo lungo 10 cm. Un raggio di luce incide orizzontalmente sul prisma, esattamente nel punto di mezzo di uno dei suoi lati obliqui. Calcola l ampiezza dell angolo di rifrazione formato dal raggio di luce all ingresso del prisma. Dimostra che, quando il raggio luminoso raggiunge il lato opposto del triangolo, si verifica il fenomeno della riflessione totale. Rappresenta il prisma e il percorso della luce con un disegno in scala. 6) Un prisma di vetro ha le facce laterali a forma di triangolo equilatero. Un raggio di luce lo attraversa in modo tale che all'interno del prisma il raggio è parallelo alla base del prisma (vedi figura). Calcola la deflessione totale del raggio del luce per effetto dell'attraversamento del prisma, sapendo che l'indice di rifrazione del vetro vale 1,5.