Materia: FISICA a.s. 2017/2018 classi 2 LSA 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: L'Amaldi.blu. Multimediale. Le misure, la luce, l'equilibrio, il calore. Autore Ugo Amaldi. Ed.Zanichelli-volume unico Si consiglia inoltre di svolgere gli esercizi di seguito riportati dopo aver letto attentamente quelli guidati. CINEMATICA (Cap. 7 La velocità + Cap. 8 L accelerazione ) Studiare da pag. 162 a pag. 172 Studiare da pag. 186 a pag. 196 pag. 176n. 25 pag. 178 n. 44, 45 pag. 179 n. 56, 60, 61 pag. 181 n. 70, 72 pag. 185 n. 4 pag. 201 n. 22, pag. 203 n. 32, pag. 204 n. 44 (svolto) pag. 205 n. 51 pag. 206 n. 56, 57, 59, 67 pag. 207 n. 73 (svolto), 74 pag. 208 n. 83 (svolto) pag. 210 n. 2, 3, 5 pag. 211 n. 14, 16, 17 DINAMICA (Cap. 10 I principi della Dinamica + Cap. 11 Le forze e il movimento esercizi) Studiare da pag. 236 a pag. 247 1
pag. 249 n. 4, 7 pag. 250 n. 11, 15 pag. 251 n. 30, 31, 32, 33 (svolto) pag. 252 n. 34, 38, 39 pag. 253 n. 47 pag. 254 n. 51 (svolto), pag. 256 n. 67 (svolto) pag. 256 n. 58, 59, 60, 61, 66 pag. 258 n. 7, 11, 12, 13 pag. 274 n. 7, 8, 9, 10 LAVORO, POTENZA, ENERGIA (Cap. 12 L energia ) Studiare da pag. 286 a pag. 295 Studiare da pag. 297 a pag. 299 pag. 302 n. 2, 4, 5 (svolto) pag. 303 n. 6, 7, 9, 11 pag. 304 n. 16, 17, 18 pag. 305 n. 23, 30 pag. 306 n. 31, 32, 33 (svolto) pag. 307 n. 40, 41, 42 pag. 310 n. 61, 62 (svolto) pag. 311 n. 63, 64, 68, 69 pag. 312 n. 2, 4, 5, 6 TERMOLOGIA (Cap. 13 La temperatura e il calore ) Studiare da pag. 314 a pag. 324 pag. 331 n. 2, 4, 5, 6, 7 pag. 332 n. 11, 12 (svolto) pag. 333 n. 15, 16, 20, 21, 22, 23 (svolto) pag. 334 n. 27 pag. 335 n. 40, 41, 42, 44 (svolto) pag. 336 n. 49 pag. 337 n. 56, 58, 59, 60 Si consiglia inoltre di svolgere gli esercizi di seguito riportati dopo aver letto attentamente quelli guidati. Moto rettilineo uniforme Una moto, che si muove in linea retta e a velocità costante, passa davanti ad un semaforo all istante t=0 s; dopo 10 s si trova a 150 m dal semaforo. a) calcola la velocità media della moto; b) scrivi la legge oraria del moto; c) usa la legge oraria per calcolare a quale distanza dal semaforo si trova la moto al tempo t=25 s Indichiamo con s i e s f rispettivamente le posizioni iniziali e finali della moto; con t i e t f rispettivamente il tempo iniziale e finale. Nel nostro caso: s i =0 m; t i =0 s. 2
a) V m = S = S f S i = 150m 0m = 15m/s t t f t i 10s 0s b) In generale la legge oraria del moto rettilineo uniforme è: S f = v t + S i Sostituendo si trova: S f = 15m/s t c)sostituiamo t=25 s all interno della legge oraria per calcolare la nuova posizione: S f = 15m s t = 15m s 25s = 375m 1) Un atleta si muove alla velocità di 8,1 m/s. Quale tratto di pista percorre in 6 minuti? [2916 m] 2) Un automobile percorre 144 km in 1h e 20 minuti. Determina la velocità in km/h e m/s. [30 m/s; 108 km/h] 3) Nel percorso da casa a scuola, che è di 5 km, Luca impiega con il motorino 9 minuti e 22 secondi. Calcola la sua velocità, immaginando che resti costante nel tragitto. [32 km/h] 4) Un automobile va da Rimini a Bologna, distanti 112 km, alla velocità costante di 128 km/h. Determina il tempo impiegato dall auto per andare da una città all altra. [52 min 30 s] Moto accelerato Una moto varia la sua velocità da 40 Km/h a 75 Km/h in 25 s. Calcola l accelerazione della moto in unità del SI Trasformiamo le velocità in m/s: v i = 40km h = ( 40 ) m s 3.6 = 11.1m/s v f = 75km h = ( 75 ) m s 3.6 = 20.8m/s Dalla definizione di accelerazione media: a m = v t = v f v i 20.8m = s 11.1m/s = 0.4m/s 2 t f t i 25s 5) Un motociclista accelera da 50 km/h a 130 km/h in 5,5 s. Calcola la sua accelerazione. [4 m/s 2 ] 6) Un automobile ha una accelerazione di 4,4 m/s 2. Determina quale velocità raggiunge in 3 s, se la velocità iniziale è di 60km/h. [107,5 km/h] 7) Un pallone sta percorrendo una traiettoria rettilinea con un accelerazione costante di 5 m/s 2. Sapendo che è partito da fermo, dire quale velocità in km/h raggiunge dopo 3 secondi. [54 km/h] 8) Calcola il tempo necessario a un automobile da corsa per arrestarsi nel caso in cui, avendo una velocità di 270 km/h, i freni la facciano decelerare di 20 m/s 2. [3,75 s] 3
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 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 1200 kg resta in panne. a) Con quale forza occorre spingerla per imprimerle un accelerazione di 0,3 m/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 0,3 m/s 2, ma nell ipotesi che la massa sia il doppio? [360 N; 720 N; 720 N] 14) Calcola l accelerazione che viene impressa a un automobile di massa 950 kg da un motore che esercita su di essa una forza di 2945 N. [3,1 m/s 2 ] 15) Un uomo di 80 kg è seduto su una sedia ed è fermo. Se non ci fosse la sedia, egli accelererebbe di 9,81 m/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 27 cm in un intervallo di tempo di 1,10 s. Calcola la massa del carrello, conoscendo la forza costante che lo trascina, pari a 0,15 N e parallela allo spostamento. [336 g] 17) Un ciclista di 65 kg di massa, inizialmente fermo, accelera in modo costante per 15s, imprimendo una forza di 45,5 N 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). [78,75 m; 37,8 km/h] Lavoro 18) Un cavallo tira un carro esercitando una forza di 520 N per un tratto di 1,2 km. Calcola il lavoro compiuto, sapendo che forza e spostamento sono paralleli. [6,24 x 10 5 J] 19) Un corpo si sposta a seguito dell azione di una forza costante di modulo pari a 12,5 N, la quale agisce nella direzione e nel verso dello spostamento. Sapendo che la forza compie un lavoro pari a 200 J, trova il valore dello spostamento. [16 m] 4
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. 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 1790400 J. Quale potenza ha sviluppato? Quale forza esercita l animale se percorre una distanza di 5 km? [746W; 358 N] Caduta dei gravi 21) Un mazzo di chiavi, lasciato cadere da una finestra, tocca il suolo con una velocità di 8,34 m/s. Quanto tempo ha impiegato per giungere al suolo? [0,85 s] 22) Da quale altezza cade un pallone, inizialmente fermo, che impiega 1,4 s per giungere al suolo? [9,6 m] 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 = 1 2 50kg (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 + 2500J = 2900J 23) Un atleta di massa 54 kg corre alla velocità di 28,8 km/h. Calcola la sua energia cinetica. [1728 J] 24) Una palla raggiunge una velocità di 9,6 m/s. Sapendo che la sua energia cinetica vale in quel momento 28 J, trova la sua massa. [0,61 kg] 5
25) Sapendo che uno sciatore di massa pari a 77 kg alla fine di una discesa sviluppa un energia cinetica di 1,35*10 4 J, trova la sua velocità. [18 m/s] Energia potenziale 26) A quale quota si deve trovare un corpo di 1250g per avere un energia potenziale gravitazionale di 260 J? [21,2 m] 27) Quale massa deve avere una sfera affinché, trovandosi sulla cima di una torre alta 20 m, abbia un energia potenziale gravitazionale di 100 J rispetto al suolo? [510 g] 28) Calcola l energia potenziale elastica accumulata da una molla lunga a riposo 38,6 cm caratterizzata da una costante elastica di 130 N/m, e che compressa diventa di 32,2 cm. [0,27 J] 29) Un motore ha una potenza di 1000 W. Stabilisci per quanto tempo ha dovuto funzionare il motore se, grazie a esso, si è ottenuta una forza costante di 5200 N, che ha spostato il corpo a cui è stata applicata di 6 m. [31,2 s] 30) Una cassa viene sollevata da un altezza di 125 cm a un altezza di 3m. Sapendo che la sua energia potenziale gravitazionale è aumentata di 893 J, calcolane la massa. [52 kg] 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 6 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 31) Un carrello di 350 g si muove a una certa velocità sulla guidovia a cuscino d aria posta a 1,20 m dal pavimento. Considerato che la sua energia meccanica ammonta a 4,5 J, trova l energia cinetica del carrello. [0,4 J] 32) Se una bambina con massa di 22 kg sale su uno scivolo alto 6,2 m, quale velocità raggiunge alla fine della discesa, se non si dà nessuna spinta? [11 m/s] 33) Se un tuffatore di 68 kg si lascia andare dalla piattaforma dei 10 m, quale velocità ha nel momento dell impatto con l acqua? E se invece fosse di 100 kg? [14 m/s; ] 34) Un automobile di massa 1200 kg si trova, ferma, in cima a una discesa rettilinea. A motore spento comincia a scendere, toccando alla fine della discesa la velocità di 45 km/h. Quale dislivello c è fra il punto più alto e quello più basso della discesa? [8 m] Termologia 35) Una sbarra di ottone alla temperatura di 80 C ha una lunghezza di 2,725 m. Calcola la sua lunghezza alla temperatura di riferimento di 0 C. [2,721 m] 36) Una sbarra di ferro alla temperatura di 30 C è lunga 7,450 m. Determina la sua lunghezza a 110 C. [7,457 m] 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 14352 J, aumenta da 20 C a 180 C. Sapendo che la sua massa è di 650 g, determina il valore del suo calore specifico. [138 J/(kg*K)] 38) Un blocco di rame di 1,250 kg si raffredda, raggiungendo la temperatura finale di -5 C, dopo aver ceduto una quantità di calore pari a 14587,5 J. Determina la temperatura iniziale del rame. [25 C] 39) Una certa massa di acqua ha una capacità termica di 598 J/ 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. [23920 J;143 g] 7