Compiti estivi in preparazione alla verifica per il recupero dei debiti formativi

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1 Materia: FISICA a.s. 2017/2018 classi 2 ITI Compiti estivi in preparazione alla verifica per il recupero dei debiti formativi Per affrontare lo studio relativo al recupero del debito in questa materia, prima di eseguire gli esercizi, è necessario: 1) Ripassare la teoria 2) Riordinare il quaderno con gli esercizi svolti durante l anno 3) Ricopiare dal libro e dagli appunti tutte le definizioni utili per rispondere alle domande di teoria e tutte le relazioni necessarie per la risoluzione degli esercizi 4) Cercare di memorizzare le relazioni tra le grandezze fisiche coinvolte 5) Ricavare tutte le possibili formule inverse 6) Nell affrontare la risoluzione dei problemi, seguire lo schema logico proposto durante l anno scolastico e cioè: a) individuare le grandezze note b) individuare la grandezza richiesta, cioè l incognita c) scrivere la relazione esistente tra tutte le grandezze coinvolte d) ricavare se necessario la formula inversa e) eseguire le necessarie equivalenze f) solo alla fine inserire i valori numerici ed effettuare i calcoli g) ricordare, infine, che tutte le grandezze devono essere accompagnate dalla loro unità di misura. 7) Eseguire gli esercizi su un quaderno apposito. Esercizi da svolgere tratti dal libro di testo : Fisica Lezioni e problemi. Autore G.Ruffo e Nunzio Lanotte. Ed.Zanichelli 1 Vol Meccanica e 2 Vol Termodinamica, Onde, Elettromagnetismo. DINAMICA (1 Vol) Studiare da pag 250 a pag 253 Studiare da pag 256 a pag 260 Risolvere esercizi: pag 251 n 1 pag 254 n 3, 4, 5 pag 255 n 8, 9, 10, 11, 12, 13,15,16,18 LAVORO, POTENZA, ENERGIA (1 Vol) Studiare da pag 290 a pag 291 Studiare da pag 294 a pag 295 Studiare da pag 298 a pag 299 Studiare da pag 302 a pag 303 Studiare da pag 306 a pag 307 Studiare da pag 322 a pag 323 Risolvere esercizi: pag 292 n 3, 4 pag 293 n 11, 12, 13, 15, pag 296 n 4 pag 297 n 7, 8, 12, 13, 14, 16, 18 pag 301 n 7, 8, 10, 12 pag 304 n 3 pag 305 n 8, 10, 12, 14, 16 1

2 pag 308 n 3, 4 pag 309 n 8, 9 pag 318 n 3, 6, 7, 9, pag 319 n 12, 13, 14, 20, 23 pag 324 n 4 pag 325 n 7, 8, 9, 10 TERMOLOGIA (2 Vol) Studiare da pag 352 a pag 353 Studiare da pag 356 a pag 357 Studiare da pag 360 a pag 361 Studiare da pag 364 a pag 365 Risolvere esercizi: pag 355 n 12,15 pag 359 n 8, 9, 10, 12 pag 363 n 10, 11, 12, 15, 17, 18, 20 pag 366 n 3 pag 367 n 10, 11, 12, 13, 14 ELETTRICITA (2 Vol) Studiare da pag 480 a pag 482 Studiare da pag 486 a pag 487 Studiare da pag 490 a pag 491 Studiare pag 494 Studiare da pag 512 a pag 513 Studiare da pag 516 a pag 517 Studiare da pag 520 a pag 521 Risolvere esercizi: pag 485 n 5 (svolto), 7, 8, 9, 11 pag 489 n 7, 9, 11, 14 pag 492 n 4 pag 493 n 7, 10 pag 497 n 7, 13 pag 507 n 9, 10 pag 508 n 2, 7, 8 pag 515 n 8, 10, 12 pag 518 n 4, 5 (svolto) pag 519 n 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 17, 18, 19 pag 522 n 3, 4 pag 523 n 7, 8, 9, 10, Si consiglia inoltre di svolgere gli esercizi di seguito riportati dopo aver studiato attentamente quelli guidati. I principi della dinamica Ad un carrello di massa 0,25 kg, inizialmente fermo, viene applicata una forza di 2 N per 5 s. Calcola: a) il valore dell accelerazione b) la velocità finale del carrello c) lo spazio percorso dal carrello 2

3 a) Per il II principio della dinamica: F = m a a = F = 2N = m 0.25kg 8m/s2 b) Dalla definizione di accelerazione: a = v t v = v f v i = v f = a t = 8m s 2 5s = 40m/s (v i = 0) c) lo spazio percorso si calcola: S = 1 2 a t2 = 1 2 (8m s2) (5s) 2 = 100m 13) Un automobile che ha una massa di 1200kg resta in panne. a) Con quale forza occorre spingerla per imprimerle un accelerazione di 0,3m/s 2? b) Quale forza è necessaria per ottenere un accelerazione doppia di quella precedente? c) Quanto deve valere la forza necessaria per ottenere sempre l accelerazione di 0,3m/s 2, ma nell ipotesi che la massa sia il doppio? [360N; 720N; 720N] 14) Calcola l accelerazione che viene impressa a un automobile di massa 950kg da un motore che esercita su di essa una forza di 2945N. [3,1 m/s 2 ] 15) Un uomo di 80kg è seduto su una sedia ed è fermo. Se non ci fosse la sedia, egli accelererebbe di 9,81m/s 2 verso terra. Determina la reazione della sedia sull uomo. [784,8 N] 16) Un carrello, partito da fermo, scivola senza attrito sulla rotaia a cuscino d aria e percorre uno spazio di 27cm in un intervallo di tempo di 1,10s. Calcola la massa del carrello, conoscendo la forza costante che lo trascina, pari a 0,15N e parallela allo spostamento. [336g] 17) Un ciclista di 65kg di massa, inizialmente fermo, accelera in modo costante per 15s, imprimendo una forza di 45,5N costante e parallela allo spostamento. Determina la distanza che percorre durante la fase di accelerazione e la velocità finale raggiunta. (Si trascurino gli attriti e la massa della bicicletta). [78,75m; 37,8km/h] Lavoro 18) Un cavallo tira un carro esercitando una forza di 520N per un tratto di 1,2km. Calcola il lavoro compiuto, sapendo che forza e spostamento sono paralleli. [6,24*10 5 J] 19) Un corpo si sposta a seguito dell azione di una forza costante di modulo pari a 12,5N, la quale agisce nella direzione e nel verso dello spostamento. Sapendo che la forza compie un lavoro pari a 200J, trova il valore dello spostamento. [16m] Potenza Un ragazzo trascina una cassa sul pavimento con una forza di 200 N (in direzione parallela al pavimento) per 50 m in 10 s. Calcola il lavoro fatto e la potenza. 3

4 Il peso e la reazione vincolare del pavimento non compiono lavoro perché sono perpendicolari allo spostamento. Lavoro fatto dal ragazzo: L = F s = 200N 50m = 10000J La potenza è: P = L t = 10000J = 1000W 10s 20) Un cavallo tirando una carrozza per 40 minuti compie un lavoro pari a J. Quale potenza ha sviluppato? Quale forza esercita l animale se percorre una distanza di 5km? [746W; 358N] Caduta dei gravi 21) Un mazzo di chiavi, lasciato cadere da una finestra, tocca il suolo con una velocità di 8,34m/s. Quanto tempo ha impiegato per giungere al suolo? [0,85s] 22) Da quale altezza cade un pallone, inizialmente fermo, che impiega 1,4s per giungere al suolo? [9,6m] Energia cinetica Calcola l energia cinetica di un carrello di massa 50 kg che si muove con velocità di 36 km/h. v = 36km h = ( 36 ) m s 3.6 = 10m/s E c = 1 2 m v2 = kg (10m s )2 = 2500J Il carrello viene accelerato da una forza costante di 40 N per un tratto di 10 m nella stessa direzione della velocità. Calcola l energia cinetica del carrello dopo 10 m. Il lavoro compiuto sul carrello è: L = F s = 40N 10m = 400J Per il teorema dell energia cinetica: L = E cf E ci E cf = L + E ci = 400J J = 2900J 23) Un atleta di massa 54kg corre alla velocità di 28,8km/h. Calcola la sua energia cinetica. [1728J] 24) Una palla raggiunge una velocità di 9,6m/s. Sapendo che la sua energia cinetica vale in quel momento 28J, trova la sua massa. [0,61kg] 25) Sapendo che uno sciatore di massa pari a 77kg alla fine di una discesa sviluppa un energia cinetica di 1,35*10 4 J, trova la sua velocità. [18m/s] 4

5 Energia potenziale 26) A quale quota si deve trovare un corpo di 1250g per avere un energia potenziale gravitazionale di 260J? [21,2m] 27) Quale massa deve avere una sfera affinché, trovandosi sulla cima di una torre alta 20m, abbia un energia potenziale gravitazionale di 100J rispetto al suolo? [510g] 28) Calcola l energia potenziale elastica accumulata da una molla lunga a riposo 38,6cm caratterizzata da una costante elastica di 130N/m, e che compressa diventa di 32,2cm. [0,27J] 29) Un motore ha una potenza di 1000W. Stabilisci per quanto tempo ha dovuto funzionare il motore se, grazie a esso, si è ottenuta una forza costante di 5200N, che ha spostato il corpo a cui è stata applicata di 6m. [31,2s] 30) Una cassa viene sollevata da un altezza di 125cm a un altezza di 3m. Sapendo che la sua energia potenziale gravitazionale è aumentata di 893J, calcolane la massa. [52kg] Conservazione dell energia meccanica Un corpo di massa 2 kg è lasciato cadere verso il suolo (in assenza di attrito) dall altezza di 10 m. Calcola l energia potenziale, l energia cinetica e l energia meccanica del corpo alle seguenti altezze: h 1 =10 m; h 2 =5 m; h 3 =0 m L energia meccanica si conserva durante la caduta in quanto sul corpo agisce solo la forza peso; quindi l energia meccanica avrà lo stesso valore in ogni punto. E P1 = m g h 1 = 2kg 9.8N kg 10m = 196J E c1 = 1 2 m v 1 2 = 1 2 E M = E P + E C = 196J 2kg (0m s )2 = 0J E P2 = m g h 2 = 2kg 9.8N kg 5m = 98J E c2 = E M E P2 = 196J 98J = 98J E M = 196J E P3 = m g h 3 = 2kg 9.8N kg 0m = 0J E C3 = E M E P3 = 196J 0J = 196J E M = 196J 5

6 31) Un carrello di 350g si muove a una certa velocità sulla guidovia a cuscino d aria posta a 1,20m dal pavimento. Considerato che la sua energia meccanica ammonta a 4,5J, trova l energia cinetica del carrello. [0,4J] 32) Se una bambina con massa di 22kg sale su uno scivolo alto 6,2m, quale velocità raggiunge alla fine della discesa, se non si dà nessuna spinta? [11m/s] 33) Se un tuffatore di 68kg si lascia andare dalla piattaforma dei 10m, quale velocità ha nel momento dell impatto con l acqua? E se invece fosse di 100kg? [14m/s; ] 34) Un automobile di massa 1200kg si trova, ferma, in cima a una discesa rettilinea. A motore spento comincia a scendere, toccando alla fine della discesa la velocità di 45km/h. Quale dislivello c è fra il punto più alto e quello più basso della discesa? [8m] Termologia 35) Una sbarra di ottone alla temperatura di 80 C ha una lunghezza di 2,725m. Calcola la sua lunghezza alla temperatura di riferimento di 0 C. [2,721m] 36) Una sbarra di ferro alla temperatura di 30 C è lunga 7,450m. Determina la sua lunghezza a 110 C. [7,457m] Esercizio guidato 1: Calcola il calore Q necessario per portare 60 g di acqua (calore specifico c=4180 J/Kg C) da 20 C a 60 C. Per la legge fondamentale della termologia: Q = c m T m=60 g = 0.06 kg ΔT=T f -T i = 60 C-20 C=40 C Perciò: J Q = (4180 ) 0.06kg 40 C = 10032J kg C 37) La temperatura di un metallo, che assorbe una quantità di calore pari a 14352J, aumenta da 20 C a 180 C. Sapendo che la sua massa è di 650g, determina il valore del suo calore specifico. [138J/(kg*K)] 38) Un blocco di rame di 1,250kg si raffredda, raggiungendo la temperatura finale di -5 C, dopo aver ceduto una quantità di calore pari a 14587,5J. Determina la temperatura iniziale del rame. [25 C] 39) Una certa massa di acqua ha una capacità termica di 598J/ C. Trova il calore assorbito dall acqua e la sua massa nel caso in cui la temperatura sia salita da 25 C a 65 C. [23920J;143g] Elettromagnetismo: La corrente elettrica continua 6 IL CIRCUITO ELETTRICO E LA CORRENTE

7 In una lampadina passa una corrente di 0.2A per 5min. La lampadina è alimentata da una pila di 1.5V. Calcola: a) la carica che passa nella sezione del filamento della lampadina in 5min; b) la potenza della lampadina; c) il lavoro compiuto dalla pila per far circolare la corrente. t = 5min = (5 60)s = 300s a) essendo la corrente definita come: i = q t q = i t = 0.2A 300s = 60C b)p = i V = 0.2A 1.5V = 0.3W c)essendo V = L q L = q V = 60C 1.5V = 90J La resistenza elettrica In un conduttore ohmico circola la corrente di 20mA quando è collegato ad una pila da 9V. Calcola: a) la resistenza del conduttore; b) la potenza assorbita; c) se la ddp è 18V, quanto vale la corrente assorbita? a) R = V i = 9V = 9V = 450Ω A 0.02A b) P = ΔV i = 9V 0.02V = 0.18W c) il conduttore è ohmico, perciò se la differenza di potenziale raddoppia, allora anche il valore dell intensità di corrente raddoppia ( ΔV e i sono grandezze direttamente proporzionali) se ΔV=18V i= 40mA = 0.04A La seconda legge di Ohm Un filo di rame è lungo 5m ed ha un diametro di 0.002m. La resistività del rame è 1.7x10-8 Ω m. a) calcola l area della sezione del filo espressa in m 2 ; b) calcola la resistenza del filo; c) se il filo viene tagliato a metà, qual è la resistenza di ciascuno dei due pezzi? a)l area della sezione del filo è: A = π r 2 = π ( d 2 ) 2 = 3.14 (0.001m) 2 = m 2 b) 7

8 ρ l R = A = ( Ω m) 5m ( m 2 = Ω ) c)essendo la resistenza direttamente proporzionale a l (II legge di Ohm), se la lunghezza del filo diventa la metà, allora anche la resistenza dimezza. R = Ω 8

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