ESERCITAZIONI di Fisica A.A. 2010/2011 BASI MATEMATICHE E FISICHE notazione scientifica/unità di misura/percentuali/proporzioni/utilizzo formule/ [1] Un eosinofilo misura 5 µm di raggio. Quanti eritrociti sarebbe possibile disporre affiancati nello spazio di un centimetro? [a] 5 [b] 10 [c] 500 [d] 1000 [e] 50000 [2] La sezione dell aorta di un soggetto adulto misura 4 cm 2. A quanti m 2 corrisponde? [a] 4 10-2 m 2 [b] 4 10 4 m 2 [c] 4 10-4 m 2 [d] 4 10 2 m 2 [e] 4 m 2 [3] A quanti kg/m 3 corrispondono 3 g/cm 3? [a] 3000 kg/m 3 [b] 30 kg/m 3 [c] 3 10-3 kg/m 3 [d]3 10-1 kg/m 3 [e]3 kg/m 3 [4] Si deve somministrare un farmaco alla dose di 0.5 ml per kilo (ml/kg) ad un paziente di massa pari ad 80 kg. a. Quale volume di farmaco va somministrato? [a] 0.5ml [b] 160ml [c] 0.5g [d] 40cm 3 [e] 400ml b. Se la densità del farmaco è di 0.8 g/cm 3,quale massa di farmaco va somministrata? [a] 0.8g [b] 0.8cm 3 [c] 32g [d] 50g [e] 20cm 3 [5] Si somministrano con una flebo ad un paziente 10 gocce di un dato farmaco al minuto. Se la densità del farmaco è 20% maggiore della densità dell acqua e sapendo che ogni goccia contiene 0,2 cm 3 di farmaco, calcolare quanti grammi di farmaco verranno somministrati in mezz ora. [6] Due elettroni posti ad una distanza r si respingono con una forza F = k q q 1 2 r 2. Se raddoppia la distanza la forza esercitata tra i due elettroni è: [a] 2F [b] F/2 [c] F [d] F/4 [e] 4F [7] La legge oraria di un moto è. In un tempo doppio qual è lo spazio percorso? [a] 2S [b] S/2 [c] S [d] S/4 [e] 4S [8] Un corpo di massa m ed energia cinetica K si muove con velocità: [a] Km [b] 1/2mK 2 [c] 1/2Km 2 [d] [e] 2K/m [A2] MECCANICA Cinematica/dinamica/statica [1] Il tempo di reazione di un comune conducente di automobile è circa di 0,7 secondi (intervallo di tempo tra la percezione del segnale d arresto e l attivazione dei freni). Se un auto ha una decelerazione di 6,86 m/s 2, calcolare la distanza percorsa prima dell arresto, dopo la percezione del segnale, quando la velocità iniziale è di 130km/h.
[2] Un bambino lascia cadere una palla da un altezza h. Se la forza di gravità compie un lavoro meccanico L=20J, la massa della palla è m=100g e le forze di attrito sono trascurabili, da quale altezza h è caduta la palla? [a] 20.4 cm [b] 20.4 m [c] 5m [d] 2m [e]2000 J g [3] In uno sprint in pianura un ciclista di massa complessiva (ciclista + bicicletta) m = 100 kg passa dalla velocità di 7,2 km/h alla velocità di 36 km/h. Calcolare il lavoro meccanico compiuto. [4] Una centrifuga di laboratorio, di diametro 15 cm, ruota compiendo 106 giri al minuto. Calcolare la forza cui è sottoposto un eritrocita (sferico) di raggio 4 µm e massa 1.5 10-13 kg in una provetta collocata sul bordo della centrifuga. [5] Un apparecchio dentale consiste in un filo metallico sottoposto ad una tensione F T di 2N; esso esercita una forza di 2N sul dente a cui è attaccato nelle due direzioni indicate in figura. Calcolare la forza risultante sul dente F W, dovuta all apparecchio [6] Il lavoro fatto da un infermiere per sollevare di 1.5m un bambino da 15 kg è: [a] 220.5 N [b] 22.5 J [c] 147 W [d] 220.5 J [e] 10 W [7] Un atleta sviluppando una potenza di 75 W produce in 1 min il lavoro [a] 45 kw [b] 4.5 kw [c] 450 kj [d] 45 kj [e] 4.5 kj [8] Un ragazzo di 55 kg sale le scale raggiungendo un altezza di 500 cm in 4 s. La potenza sviluppata nella salita è: [a] 10.78 kw [b] 674 W [c] 69 W [d] 1.1 kw [e] 44 kw [9] Un uomo prova la propria forza al luna park colpendo con un martello un pulsante il quale lancia una sfera di massa m = 2 kg ad un altezza h = 5 m. Trascurando l effetto delle forze di attrito, dire quanta energia interna ΔU spende l uomo considerando un rendimento muscolare η = 20 %. Sempre trascurando gli attriti, calcolare la velocità v della sfera quando essa ricade al suolo. [10] Una persona stringe una palla di peso 1.42 N nella propria mano ad una distanza di 34 cm dall articolazione del gomito. Il bicipite, attaccato ad una distanza di 2.75 cm dal gomito, esercita una forza verso l alto di 12.6 N sull avambraccio. La massa dell avambraccio sia pari a 1.2 kg. Calcolare il momento torcente che agisce sull avambraccio (considerando il gomito come asse di rotazione) e dire quale direzione esso ruota. Come cambierebbe il momento torcente risultante esercitato sull avambraccio se il bicipite fosse attaccato piu lontano dal gomito? [11] Due bambini di peso rispettivamente P 1 =200N e P 2 =350N sono in equilibrio sull altalena. Sapendo che il primo bambino è seduto a distanza 1 metro dal fulcro
determinare a quale distanza è seduto il secondo bambino. Determinare inoltre la reazione vincolare del fulcro dell altalena. [12] Un operaio pone una leva sotto un sasso di massa 300 kg. Il fulcro della leva si trova a 0,2m dal baricentro del sasso. Determinare la forza motrice dell operaio sapendo che viene applicata ad una distanza di 2,5 m dal fulcro. Determinare inoltre il guadagno della leva e la reazione vincolare del fulcro. [13] Si pensi all articolazione del gomito come una leva di 3 o tipo con i due bracci di lunghezza 25 cm e 4 cm. Si calcoli la forza che deve applicare il muscolo del bicipite per mantenere sollevata una massa m= 800 g. [14] Il muscolo deltoide solleva il braccio superiore fino alla posizione orizzontale, nella quale la forza T da esso applicata forma un angolo di θ = 18 con il braccio stesso. Trovare la forza T e le componenti Rx ed Ry della forza esercitata dall articolazione della spalla. Si assuma che la massa del braccio sia 3.5 kg, il suo baricentro sia ad una distanza b=36 cm dalla spalla e il punto di attacco del muscolo sia ad una distanza l=14 cm dalla stassa. [15] Il valore minimo della sezione trasversa del femore di un uomo adulto e 6 10-4 m 2. A quale carico di compressione deve essere sottoposto per fratturarsi? (Compressione limite per le ossa: 17 10 7 N/m 2 ). Assumendo che la relazione sforzo deformazione sia lineare fino al punto di rottura, si ricavi la deformazione corrispondente al carico di rottura.
[A3] FLUIDI [1] Un paziente ha pressione arteriosa media di 120 mmhg. Calcolare la pressione al livello dei piedi, assumendo una distanza cuore-piedi di 1 m, nel caso in cui il paziente si trovi in posizione eretta e nel caso in cui il paziente sia sdraiato (si assuma per il sangue la medesima densità dell acqua). Assumendo una distanza cuore-cervello di 35 cm, calcolare la pressione al livello del cervello nel caso in cui il paziente sia in posizione eretta e sdraiata. [2] Per sostenere un corpo di volume V=1dm 3 immerso in acqua occorre esercitare una forza F=20N. Si calcoli la forza che occorre esercitare per sostenerlo fuori dall acqua. [a] 20N [b] 29.8 N [c] 10.2 N [d] 196 N [e] 20 J [3] Un vaso sanguigno si dirama in tanti vasi di raggio sei volte minore. Determinare il numero di tali vasi se la velocità media del sangue in essi è un terzo di quella del vaso più grande. [a] 18 [b] 108 [c] 12 [d] 54 [e] 34 [4] Se in condizioni normali la frequenza cardiaca di un neonato è 80 battiti/min e la gittata 20 cm 3, calcolare quanto diventa la gittata se, a causa della febbre, la frequenza aumenta fino a 110 battiti/min supponendo che la portata non si modifichi. [a] 20 cm 3 [b] 14.5 cm 3 [c] 27.5 cm 3 [d] 26.7cm 3 /s [e]176 cm 3 [5 LEZIONE] In un aneurisma la pressione del sangue varia del 20%. Assumendo che prima dell allargamento del vaso la pressione sia 50 mmhg si determini la pressione dell aneurisma: [a]10 mmhg [b]20 mmhg [c]40 mmhg [d] 60 mmhg [e]70mmhg [6] A causa della formazione di placche la sezione di un arteria di raggio r 1 =0.4cm dove il sangue ha velocità v 1 =30cm/s si restringe. Nel restringimento il raggio diminuisce del 50%. Si calcoli la velocità v 2 e la variazione di pressione p 2 -p 1 in corrispondenza della stenosi, considerando il vaso orizzontale e approssimando il sangue ad un fluido ideale con la stessa densità dell acqua. [7] Un arteria ha raggio di 1.5 cm. Se la portata è di 115 cm 3 /s e la viscosità del sangue è 0,004 Pa s, si calcoli la differenza di pressione necessaria per mantenere il flusso su una lunghezza di 20 cm. [8 LEZIONE] In un giovane atleta il cuore, generando una pressione media di 100 mmhg, fa circolare il sangue con una portata di 5 l/min. Calcolare la resistenza complessiva del circolo. Calcolare come cambia la pressione media se a causa dell ecitropoietina la viscosità del sangue aumenta di 1/3 [9 LEZIONE] In un fluido di viscosità η= 210-3 Pa s e densità pari a quella dell acqua vengono introdotte molecole sferiche di raggio r = 2 µm e densità ρ = 1.3 g/cm 3. Si calcoli il tempo necessario affinché le molecole sedimentino 3 mm Relativamente all esercizio precedente, si determini la frequenza di una centrifuga di raggio 0.3 m per ridurre il tempo di sedimentazione di un fattore 10 8. [10] Un campione in una centrifuga si trova a 10 cm dall asse di rotazione. La centrifuga ruota a 223 giri al secondo. Quanto tempo impiega un globulo rosso, approssimabile ad
una sfera di raggio 3.5 µm e densità1.2 g/cm 3, a sedimentare per 3 cm verso il fondo della provetta? (assumendo per il sangue d=1.05 g/cm 3 e η=1.5 10-3 Pa s). Quanto tempo impiegherebbe se fosse sottoposto alla semplice sedimentazione gravitazionale? [A4] METABOLISMO/ CALORE [1] Un atleta di 70 kg compie un esercizio per il quale è richiesta una potenza di 15 W/kg. Se l esercizio dura 2 h ha consumato: [a] 2100 J [b] 7560 kcal [c] 1050 J [d] 1806 kcal [e] 126 kcal [2] Una persona che pesa 80 kg vuole diminuire di 10 kg passando da una dieta giornaliera di 3500 kcal a una di 2500 kcal senza variare la sua attività fisica. Sapendo che l ossidazione di 100g di grasso animale fornisce 880 kcal, quanti giorni occorrono a quella persona per bruciare le sue riserve di grasso in modo che il suo peso possa passare a 70 kg? [3] Durante un escursione in montagna una persona di 80 kg e superficie corporea di 1,7 m 2, risale un dislivello di 800 m in 3 ore. Determinare: a. il lavoro compiuto e la potenza meccanica media sviluppata b. la potenza metabolica (MR) durante la salita assumendo un indice metabolico basale di 40W/m 2 ed un efficienza muscolare del 25% [4] Un soggetto a riposo consuma 1750 kcal al giorno attraverso processi metabolici. Calcolare la massa m di liquidi che il corpo perderebbe se tutto questo calore venisse dissipato esclusivamente attraverso la sudorazione. (Calore latente di evaporazione del sudore a 37 C: 580 kcal/g) [A5] ELETTROMAGNETISMO [1] Due cariche elettriche entrambe uguali a q sono poste a distanza d. In quale dei seguenti modi si ha il maggiore incremento della forza d interazione [a] raddoppiando solo q [b] raddoppiando solo d [c] dimezzando q e raddoppiando d [d] raddoppiando q e d [e] nessuna delle precedenti [2] Due cariche elettriche, di cui una è 3.14 volte più grande dell altra, sono poste nel vuoto alla distanza di 3 cm. sapendo che esse si respingono con una forza uguale a 4 N, calcolare il valore della carica minore. [3] Una carica puntiforme di grandezza 4 10-5 C in un punto di un campo elettrico subisce l azione di una forza di 8 N. Quanto vale l intensità della forza agente su una carica puntiforme di grandezza 2 10-5 posta nello stesso punto dello stesso campo elettrico? [a] 4N [b]2 N [c] 16N [d] 32N [e] 1N [4] Se attraverso una sezione di un conduttore passano 30 C di carica elettrica in 5 s, quanto vale l intensità di corrente che percorre il conduttore?
[5] In un elettroshock si fa passare nel cervello del paziente una corrente di 5 ma utilizzando un generatore di differenza di potenziale che eroga una potenza di 0.180 W. La differenza di potenziale applicata alle tempie vale: [a] 0.036 V [b] 36 V [c] 27.8 V [d] 0.9 J [e] 0.9 V [6] Un ultrasuono di frequenza 2.5 10 6 Hz viene utilizzato per fare un ecografia al rene. Supponendo che il rene si trovi alla profondità di 4 cm calcolare a quale velocità viaggia l ultrasuono nei tessuti se l onda raggiunge il rene dopo 50 µs. [7] Un onda elettromagnetica ha una lunghezza d onda nel vuoto pari a 5 10-9 cm. Di che onda si tratta? [8] Per ottenere una soluzione che sia isotonica col plasma sanguigno occorre che la pressione osmotica sia 7.5 atm. Pertanto e necessario disciogliere in 1 l di acqua alla temperatura di 37 C una quantità di zucchero (PM=342 u.m.a.) uguale a : [a] 7.5 g [b] 342 g [c] 15 g [d] 100 g [e] 684 g