COMPITI DELLE VACANZE (FISICA) A.S. 2008-2009 Istituto Siai Marchetti Gli esercizi proposti dovranno essere svolti su un quaderno e consegnati alla ripresa delle attivitá scolastiche per essere valutati Parte teorica Ripassare i seguenti argomenti: 1. Calore e temperatura (a) denizione di stato termico di un corpo; (b) principio di funzionamento dei termometri; (c) le scale termiche Celsius e Kelvin; (d) dilatazione lineare dei solidi; (e) formula per la dipendenza calore-salto termico; (f) denizione di calore specico e sue unitá di misura; 2. Variazione di temperatura e pressione nei gas ideali (a) gli stati di aggregazione della materia solido, liquido e gassoso da un punto di vista macroscopico; (b) denizione di gas ideale o perfetto; (c) le trasformazioni isobare (legge di Volta Gay-Lussac); (d) le trasformazioni isocore (legge di Charles); (e) le trasformazioni isoterme (legge di Boyle); (f) la scala Kelvin delle temperature alla luce delle leggi di Volta Gay-Lussac e Charles; (g) equazione di stato dei gas perfetti; (h) deduzione dell'equazione di stato dei gas perfetti (pag. 62 );
(i) denizione di temperatura di fusione-solidicazione e calore di solidicazione, di temperatura di evaporazioneliquefazione e calore di ebolizzione; (j) denizione di tensione di vapore saturo; (k) transizione vapore-liquido per un gas reale (denzione di vapore e isoterma critica); 3. Lavoro ed energia (a) denizione di lavoro di una forza; (b) denzione di energia cinetica; (c) teorema delle forze vive; (d) denzione di energia potenziale gravitazionale, della forza peso e della forza elastica; 4. Elettrostatica (a) fenomeni di elettrizzazione (per contatto, per stronio, per induzione); (b) denzione di isolanti e conduttori; (c) legge di Coulomb nel vuoto e nei dielettrici; (d) distribuzione della carica sui conduttori e denzione di densitá superciale di carica; (e) denzione di campo elettrico (modulo, direzione e verso); (f) rappresentazione del campo elettrico mediante linee di forza; (g) campo elettrico generato da una carica puntiforme, da due cariche puntiformi e da una sfera conduttrice carica; (h) denzione di campo elettrico uniforme e sue unitá di misura; (i) denzione di energia potenziale elettrostatica; (j) energia potenziale elettrica nel caso di un campo uniforme e generato da una carica puntiforme; (k) denzione di potenziale elettrico e sue unitá di misura; (l) capacitá di un conduttore; (m) denzione di condensatore; (n) capacitá di un condensatore; (o) sitemi di condensatori in serie e in parallelo (capacitá equivalente);
Domande Rispondere alle seguenti domande argomentando le risposte nel modo piú esauriente possibile. 1. Enunciare, specicando chiaramente tutte le grandezze coinvolte e le rispettive unitá di misura, la dipendenza volume-temperatura per un gas perfetto a pressione costante, la dipendenza pressione-temperatura per un gas perfetto a volume costante (leggi di Volta Gay-Lussac) e la dipendenza volume-pressione per un gas perfetto a temperatura costante (legge di Boyle). 2. Dire come é possibile interpretare la scala termometrica Kelvin alla luce delle leggi di Volta Gay-Lussac. 3. Dare la denizione di gas perfetto. 4. Enunciare l'equazione di stato dei gas perfetti specicando tutte le grandezze coinvolte e le rispettive unitá di misura. Completare la risposta dimostrando come é possibile dedurre tale equazione a partire dalle leggi di Boyle e Volta Gay-Lussac. 5. Descrivere i fenomeni sici della fusione e della solidicazione delle sostanze cristalline. 6. Descrivere il fenomeno sico dell' evaporazione specicando cosa succede se questa avviene in un ambiente limitato o in un ambiente illimitato. Specicare, in particolare, cosa s'intende in sica con l'espressione tensione di vapore saturo. 7. Descrivere il fenomeno sico dell'ebollizione. 8. Descrivere la transizione vapore-liquido per un gas reale disegnando l'andamento delle isoterme di un gas reale nel piano P V. Completare la risposta spiegando cosa s'intende per isoterma critica. 9. Dare la denizione di vapore e di gas. 10. Descrivere il comportamento elettrico di conduttori e isolanti. 11. Descrivere il fenomeno sico dell'induzione elettrostatica. 12. Enunciare la legge di Coulomb, nel vuoto e in presenza di un dielettrico, specicando le unitá di misura delle grandezze coinvolte. 13. Dare la denizione di campo elettrostatico e dire come é possibile rappresentarlo. 14. Dare la denizione di energia potenziale elettrica e di potenziale elettrico specicando quali sono le rispettive unitá di misura.
Esercizi Risolvere, giusticando accuratamente tutti i passaggi, i seguenti esercizi: 1. Calcolare il coeciente di dilatazione lineare dell'alluminio, sapendo che una sbarra di alluminio lunga 20m, riscaldata da 20 C a 520 C, si allunga di 24cm. 2. Eseguire le seguenti conversioni esprimendo il risultato con il numero corretto di cifre signicative: a) 29, 6 C =... K b) 354 C =... K c) 5, 67K =... C d) 147K =... C e) 34, 67K =... C f) 342K =... C g) 98, 6 C =... K h) 876 C =... K 3. Si vuole portare da 20 C a 520 C la temperatura di un blocco di ferro (c = 0, 115 cal g C ) di massa m = 100kg. Nell'ipotesi che non vi siano dispersioni di calore nell'ambiente calcolare la quantitá di calore che é necessario fornire. 4. In un recipiente termicamente isolato vengono mescolati 200g di acqua (c acqua = 1 cal g C ) alla temperatura di 70 C con 100g di acqua alla temperatura di 40 C. Determinare la temperatura nale di equilibrio, supponendo che la quantitá di calore ceduta dall'acqua piú calda sia interamente assorbita da quella piú fredda. 5. Un calorimetro contiene 2, 5kg d'acqua alla temperatura di 15 C. Ponendo all'interno del calorimetro una busta di plastica contenente 50g di alcool etilico alla temperatura di 30 C, l'acqua si riscalda no a raggiungere la temperatura di 15, 17 C. Calcolare il calore specico dell'alcool etilico, nell'ipotesi che il calore da esso ceduto sia assorbito solamente dall'acqua. 6. Un pezzo di metallo di massa m 1 = 500g, inizialmente alla temperatura di 100 C, viene posto in un recipiente, fatto dello stesso metallo, di massa m 2 = 200g, che contiene 300g di acqua a 20 C. Determinare il calore specico del metallo nell'ipotesi che ogni scambio di calore avvenga solo tra i corpi considerati e che la temperatura nale di equilibrio sia di 30 C. 7. 10 moli di gas perfetto, inizialmente alla pressione p i = 5 10 5 P a, contenute in un cilindro di volume V i = 15, 00 10 3 m 3 si espandono no a quadruplicare il volume occupato dal gas. Calcolare la temperatura nale del gas, nell'ipotesi che l'espansione avvenga a pressione costante.
8. Un campione di CO 2 gassosa, contenuta in un recipiente di volume V = 256 10 6 m 3, esercita una pressione di 1, 80 10 4 P a alla temperatura di 25, 5 C. Se il gas viene rareddato no alla temperatura di 18, 6 C mantenendo costante il volume del recipiente, quale sará la pressione nale esercitata dal gas? 9. Una certa quantitá di gas perfetto occupa un volume di 256 10 6 m 3 ed esercita una pressione di 9, 00 kp a. Se il gas viene trasferito in un nuovo recipiente, dove esercita una pressione di 3, 15 kp a, quale sará il suo volume nell'ipotesi che la temperatura rimanga costante? 10. Un campione di 0, 100 g di un gas ignoto occupa, alla temperatura t = 25 C, un volume di 0, 0470 10 3 m 3 ed esercita una pressione di 1, 01 10 5 P a. Qual é il peso molecolare del gas? 11. Un corpo di massa 50 kg viene trascinato per 10 m lungo un piano orizzontale da una forza F d'intensitá 200 N inclinata di 45 rispetto all'orizzontale (vedi Fig. 1). Calcolare il lavoro della forza F e il lavoro della forza peso. Figura 1: esercizio 11 12. Determinare il lavoro compiuto da una forza applicata ad un corpo di massa 500 g, allorché questo, a seguito dell'applicazione della forza, passa da una velocitá v i = 2 m s ad una velocitá v 2 = 6 m s. 13. Una persona di massa 60 kg sale dal piano terra al sesto piano lungo una rampa di scale alta 18 m. Calcolare la potenza media sviluppata nell'ipotesi che il tempo impiegato sia uguale a 1 minuto. 14. Tre cariche puntiformi di valore 1, 11 10 5 C sono disposte nei vertici di un triangolo equilatero di lato 2m (g. 2). Calcolare la forza risultante (in modulo, direzione e verso) che le cariche 1 e 2 esercitano sulla carica 3. 15. In un campo elettrico uniforme, per trasportare una carica positiva da un punto ad un altro, fra i quali esiste una dierenza di potenziale
Figura 2: esercizio 14 V = 4 10 5 V, la forza elettrica del campo compie un lavoro uguale a 5 10 13 J. Determinare il valore della carica. 16. Quattro condensatori di capacitá C sono connessi come in gura 3. Determinare la capacitá equivalente del sistema e la caduta di potenziale V 4 ai capi del condensatore 4 nell'ipotesi che tra i punti a e b sia applicata una dierenza di potenziale V = 200V.
Figura 3: esercizio 16