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Esercizi per il Tutorato del Corso di Fisica Generale

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<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

23 marzo 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Il modulo <strong>del</strong>la forza che si esercita tra due masse m 1 ed m 2 poste ad una <strong>di</strong>stanza d è<br />

dato da<br />

| ⃗ F | = G m 1m 2<br />

d 2<br />

Noto che la forza si misura in kg · m/s 2 , ricavare le <strong>di</strong>mensioni <strong>del</strong>la costante G.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

È dato un cubo <strong>di</strong> lato 0.990 cm. Calcolare tenendo conto <strong>del</strong>le cifre significative <strong>il</strong> volume<br />

e la su<strong>per</strong>ficie laterale <strong>del</strong> cubo.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una bicicletta viaggia ad una velocità <strong>di</strong> 9.8 km/h. Esprimere la sua velocità in m/s ed<br />

in mm/anno.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Sapendo che <strong>il</strong> modulo <strong>del</strong>la forza gravitazionale che agisce su una massa m posta in<br />

prossimità <strong>del</strong>la su<strong>per</strong>ficie terrestre può essere espressa da:<br />

F = G mM T<br />

r 2 T<br />

e da<br />

F = mg<br />

e sapendo che r T = 6370 km, G = 6.67 × 10 −11 m 3 /(kg · s 2 ) e g = 9.8 m/s 2 , calcolare la<br />

massa <strong>del</strong>la terra e la sua densità me<strong>di</strong>a. Determinare inoltre quale raggio deve avere una


sfera <strong>di</strong> acqua affinché la sua massa sia uguale a quella <strong>del</strong>la terra (si assuma <strong>per</strong> l’acqua<br />

una densità <strong>di</strong> 1000 kg/m 3 ).<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un elettrone con velocità data dal vettore v con modulo pari a 14 m/s orientato come<br />

l’asse <strong>del</strong>le x nel piano xy si trova in un campo magnetico dato dal vettore B, che forma<br />

un angolo <strong>di</strong> 150 gra<strong>di</strong> con v ed ha modulo 4 kg/(C ·s). La forza che agisce sull’elettrone<br />

viene detta <strong>di</strong> Lorentz ed è data dal vettore<br />

F = e(v × B)<br />

con e = −1.6 × 10 −19 C, con C = Coulomb, unità <strong>di</strong> misura <strong>del</strong>la carica elettrica. Determinare<br />

la forza <strong>di</strong> Lorentz che agisce sull’elettrone.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una particella compie tre spostamenti consecutivi dati rispettivamente dai vettori:<br />

x 1 = 4i + 5j x 2 = 5i − j x 3 = 3i − 8j<br />

Rappresentare su un piano cartesiano xy e determinare <strong>il</strong> modulo <strong>del</strong> vettore spostamento<br />

totale x tot definito da:<br />

x tot = x 1 + x 2 + x 3<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un’automob<strong>il</strong>e, che procede alla velocità costante <strong>di</strong> 20 m/s, segue a 15 m <strong>di</strong> <strong>di</strong>stanza<br />

una seconda auto, che procede alla velocità costante <strong>di</strong> 15 m/s. Dopo quanto tempo e<br />

dove avviene <strong>il</strong> tamponamento fra le due automob<strong>il</strong>i? Se la prima automob<strong>il</strong>e frena con<br />

una decelerazione pari ad 0.5 m/s 2 , dopo quanto tempo e dove avviene <strong>il</strong> tamponamento?


<strong>Esercizi</strong>o<br />

I tre vettori mostrati nella figura hanno modulo<br />

a = 3.00 m, b = 4.00 m e c = 10.0 m.<br />

Calcolate le loro componenti cartesiane x e<br />

y.


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

23 marzo 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Si lascia cadere (da fermo) un sasso dalla sommità <strong>di</strong> un e<strong>di</strong>ficio alto 60 m. A che <strong>di</strong>stanza<br />

dal suolo si trova 1.2 s prima che lo colpisca?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un fuc<strong>il</strong>e è puntato orizzontalmente contro un bersaglio alla <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 30 m. Il proiett<strong>il</strong>e<br />

colpisce <strong>il</strong> bersaglio 1.9 cm sotto <strong>il</strong> centro. Qual è <strong>il</strong> tempo <strong>di</strong> volo <strong>del</strong> proiett<strong>il</strong>e? Qual è<br />

la velocità alla bocca <strong>del</strong> fuc<strong>il</strong>e?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Dall’ugello <strong>di</strong> una doccia sgocciola l’acqua cadendo sul fondo posto 2.00 m più in basso.<br />

Le gocce cadono a intervalli regolari: la quarta goccia si stacca nell’istante in cui la prima<br />

arriva al suolo. Trovate le posizioni <strong>del</strong>la seconda e <strong>del</strong>la terza in questo stesso istante.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Quali <strong>di</strong>mensioni deve avere nel sistema MKSA la costante c affinché la seguente espressione<br />

sia <strong>di</strong>mensionalmente corretta?<br />

c · m<br />

p · V + v · t2<br />

F · S<br />

(m = massa, p = pressione = forza/su<strong>per</strong>ficie, V = volume, F = forza, v = velocità, S =<br />

su<strong>per</strong>ficie, t = tempo )


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un aereo, picchiando a un angolo <strong>di</strong> 53 gra<strong>di</strong> rispetto alla verticale, sgancia un proiett<strong>il</strong>e<br />

a una quota <strong>di</strong> 730 m dal suolo. Il proiett<strong>il</strong>e colpisce <strong>il</strong> terreno dopo 5 s.<br />

a) Quale <strong>di</strong>stanza orizzontale ha co<strong>per</strong>to <strong>il</strong> proiett<strong>il</strong>e durante la caduta?<br />

b) Quali erano le componenti orizzontale e verticale <strong>del</strong>la sua velocità all’istante in cui ha<br />

colpito <strong>il</strong> terreno?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Due oggetti entrano in caduta libera, da fermi e dalla stessa altezza, a un intervallo <strong>di</strong> 1.0<br />

s l’uno dall’altro. Quanto tempo dopo la partenza <strong>del</strong> primo verranno a trovarsi a 10 m<br />

<strong>di</strong> <strong>di</strong>stanza tra <strong>di</strong> loro?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un treno viaggia tra due stazioni situate alla <strong>di</strong>stanza reciproca <strong>di</strong> 2 km. Il treno accelera<br />

<strong>per</strong> la prima metà <strong>del</strong>la <strong>di</strong>stanza e decelera <strong>per</strong> la seconda metà. Il modulo<br />

<strong>del</strong>l’accelerazione e <strong>del</strong>la decelerazione è pari a 1.3 m/s 2 .<br />

a) Quanto vale la velocità massima raggiunta dal treno?<br />

b) Quanto dura <strong>il</strong> viaggio tra le due stazioni?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un calciatore calcia <strong>il</strong> pallone ad una <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 36.0 m da una porta con una traversa<br />

alta 3.05 m. Il pallone lascia <strong>il</strong> suolo con un angolo <strong>di</strong> 53 gra<strong>di</strong> rispetto all’orizzontale e<br />

velocità <strong>di</strong> 20.0 m/s. A che <strong>di</strong>stanza verticale <strong>il</strong> pallone passa dalla traversa? Il pallone<br />

sfiora la traversa durante la parte ascendente o <strong>di</strong>scendente <strong>del</strong>la traiettoria?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

L’accelerazione <strong>di</strong> una particella è data da<br />

a(t) = 2 + 4t 2 .<br />

Determinare velocità e posizione in funzione <strong>del</strong>le opportune con<strong>di</strong>zioni iniziali.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Dati i vettori A(2, 4, 3) e B(1, 1, 1) sommarli, sottrarli, calcolare <strong>il</strong> prodotto scalare e<br />

vettoriale.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Si consideri un corpo puntiforme posto ad un’altezza <strong>di</strong> 12 m, soggetto all’accelerazione<br />

g ed avente una velocità iniziale v 0 <strong>di</strong> modulo pari a 6 m/s. Si determini dopo quanto<br />

tempo questo corpo raggiunge <strong>il</strong> suolo nei seguenti 3 casi:<br />

a) v 0 forma un angolo <strong>di</strong> +45 gra<strong>di</strong> con <strong>il</strong> piano orizzontale;<br />

b) v 0 è parallelo al piano orizzontale;<br />

c) v 0 forma un angolo <strong>di</strong> −45 gra<strong>di</strong> con <strong>il</strong> piano orizzontale.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Siano date <strong>del</strong>le microsfere <strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro 0.041 mm. Calcolare tenendo conto <strong>del</strong>le cifre<br />

significative <strong>il</strong> loro raggio ed <strong>il</strong> loro volume.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un bambino lancia una palla e fa canestro in un cestino posto davanti a lui, ma collocato<br />

5.0 m più in basso. Sapendo che egli lancia la palla con un angolo positivo <strong>di</strong> 30 gra<strong>di</strong><br />

rispetto all’orizzontale e che <strong>il</strong> tempo <strong>di</strong> volo <strong>del</strong>la palla è <strong>di</strong> 1.2 s, <strong>di</strong>re:<br />

a) con quale velocità iniziale è stata lanciata la palla;<br />

b) in che posizione si trovava <strong>il</strong> cestino rispetto al bambino.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un’automob<strong>il</strong>e, che procede alla velocità costante <strong>di</strong> 20 m/s, segue a 15 m <strong>di</strong> <strong>di</strong>stanza<br />

una seconda auto, che procede alla velocità costante <strong>di</strong> 15 m/s. Dopo quanto tempo e<br />

dove avviene <strong>il</strong> tamponamento fra le due automob<strong>il</strong>i? Se la prima automob<strong>il</strong>e frena con<br />

una decelerazione pari a 0.5 m/s 2 , dopo quanto tempo e dove avviene <strong>il</strong> tamponamento?


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

12 apr<strong>il</strong>e 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco con massa m 1 = 3.70 kg su un<br />

piano privo <strong>di</strong> attrito inclinato <strong>di</strong> 30 gra<strong>di</strong> è<br />

collegato, da una corda che passa sopra una<br />

puleggia priva <strong>di</strong> massa e <strong>di</strong> attrito, a un altro<br />

blocco, sospeso in verticale, con massa<br />

m 2 = 2.30 kg. Determinare: a) <strong>il</strong> valore<br />

<strong>del</strong>la accelerazione <strong>di</strong> ciascun blocco, b) la<br />

<strong>di</strong>rezione <strong>del</strong>la accelerazione <strong>di</strong> m 2 , c) la tensione<br />

nella corda<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una massa m <strong>per</strong>corre una circonferenza sul<br />

piano privo <strong>di</strong> attrito <strong>di</strong> un tavolo e sostiene<br />

una massa M appesa a un f<strong>il</strong>o che passa attraverso<br />

un foro al centro <strong>del</strong>la circonferenza.<br />

Trovate a quale velocità deve muoversi m <strong>per</strong><br />

trattenere a riposo M.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco con massa m = 4 kg su un piano<br />

privo <strong>di</strong> attrito inclinato <strong>di</strong> 30 gra<strong>di</strong> è<br />

collegato, da una corda che passa sopra una<br />

puleggia priva <strong>di</strong> massa e <strong>di</strong> attrito, a un altro<br />

blocco con massa m = 6 kg, su un piano<br />

privo <strong>di</strong> attrito inclinato <strong>di</strong> 60 gra<strong>di</strong>. Quali<br />

sono a) <strong>il</strong> valore e <strong>di</strong>rezione <strong>del</strong>l accelerazione<br />

<strong>di</strong> ciascun blocco, b) la tensione nella corda?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Noto che la massa <strong>del</strong>la terra vale 5, 98×10 24 kg e <strong>il</strong> suo raggio 6, 37×10 6 m, a quale<br />

altitu<strong>di</strong>ne sopra la su<strong>per</strong>ficie terrestre l’accelerazione <strong>di</strong> gravità vale 4, 9 m/s 2 ?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un astronauta sta girando in una centrifuga su un raggio <strong>di</strong> 5 m. Qual è la velocità scalare<br />

se l’accelerazione è 7g? Quanti giri al minuto corrispondono a questa accelerazione? Qual<br />

è <strong>il</strong> <strong>per</strong>iodo <strong>di</strong> rotazione?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco <strong>di</strong> massa 5 kg è trascinato su un piano orizzontale<br />

privo <strong>di</strong> attrito da una corda che esercita una forza F <strong>di</strong><br />

modulo 12 N con un angolo <strong>di</strong> 25 gra<strong>di</strong> rispetto al piano orizzontale.<br />

Determinare <strong>il</strong> modulo <strong>del</strong>l’accelerazione <strong>del</strong> blocco.<br />

L’intensità <strong>del</strong>la forza viene lentamente aumentata. Quale sarà<br />

<strong>il</strong> suo valore all’istante in cui <strong>il</strong> blocco è sollevato (completamente)<br />

dal suolo? Quale sarà <strong>il</strong> modulo <strong>del</strong>l’accelerazione <strong>del</strong><br />

blocco in quell’istante?


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un razzo s<strong>per</strong>imentale, con massa <strong>di</strong> 500 kg può essere accelerato ad accelerazione costante<br />

da fermo, fino a 1600 km/h in 1.8 s. Qual è l’intensità <strong>del</strong>la forza me<strong>di</strong>a richiesta?


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

19 apr<strong>il</strong>e 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

I blocchi A e B pesano rispettivamente 44<br />

N e 22 N. a) Trovate <strong>il</strong> peso minimo <strong>del</strong><br />

blocco C da collocare su A <strong>per</strong> impe<strong>di</strong>rne<br />

lo slittamento, sapendo che fra A e <strong>il</strong> piano<br />

d’appoggio <strong>il</strong> coefficiente <strong>di</strong> attrito statico<br />

è µ s = 0.20. b) Togliamo bruscamente <strong>il</strong><br />

blocco C: quale sarà l’accelerazione <strong>di</strong> A, <strong>per</strong><br />

µ k = 0.15?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Noto che la massa <strong>del</strong>la terra vale 5, 98 ×10 24 kg e <strong>il</strong> suo raggio 6, 37 ×10 6 m, che velocità<br />

lineare deve avere un satellite terrestre <strong>per</strong> stare su un’orbita circolare ad un’altitu<strong>di</strong>ne <strong>di</strong><br />

160 km? Quale sarà <strong>il</strong> suo <strong>per</strong>iodo <strong>di</strong> rivoluzione?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Tre corpi <strong>di</strong> massa pari a 100 kg sono posti ai tre vertici <strong>di</strong> un triangolo equ<strong>il</strong>atero <strong>di</strong><br />

lato 3 m. Dire a quali forze sono sottoposti. Confrontare l’intensità <strong>di</strong> questa forza con<br />

quella cui un corpo <strong>di</strong> massa 100 kg è sottoposto in prossimità <strong>del</strong>la su<strong>per</strong>ificie terrestre.<br />

Si ricorda che G = 6.67 × 10 −11 m 3 /(kg · s 2 ), mentre g = 9.8 m/s 2 .


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Qual è <strong>il</strong> minimo raggio <strong>di</strong> una curva che un ciclista può abbordare alla velocità <strong>di</strong> 29<br />

km/h se <strong>il</strong> coefficiente <strong>di</strong> attrito statico fra battistrada e asfalto è 0.32?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Il blocco B pesa 711 N, e <strong>il</strong> coefficiente <strong>di</strong><br />

attrito statico fra blocco e piano orizzontale<br />

<strong>di</strong> appoggio è µ s = 0.20. Trovate <strong>il</strong> massimo<br />

peso <strong>del</strong> blocco A <strong>per</strong> cui <strong>il</strong> sistema in equ<strong>il</strong>ibrio,<br />

assumendo che la corda attaccata a B<br />

sia orizzontale.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

L’accelerazione <strong>di</strong> gravità sulla luna è circa un sesto <strong>di</strong> quella in prossimità <strong>del</strong>la su<strong>per</strong>ficie<br />

terrestre. Se <strong>il</strong> raggio <strong>del</strong>la luna è circa un quarto <strong>di</strong> quello <strong>del</strong>la terra, trovare <strong>il</strong> rapporto<br />

tra la densità me<strong>di</strong>a <strong>del</strong>la luna e la densità me<strong>di</strong>a <strong>del</strong>la terra.


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

10 maggio 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una forza costante <strong>di</strong> 6 N agisce <strong>per</strong> 12 secon<strong>di</strong> su un corpo <strong>di</strong> massa 1 kg. Il corpo ha<br />

una velocità iniziale <strong>di</strong> 6 m/s nella stessa <strong>di</strong>rezione <strong>del</strong>la forza. Calcolare:<br />

a) <strong>il</strong> lavoro fatto dalla forza;<br />

b) l’energia cinetica finale;<br />

c) l’aumento <strong>di</strong> energia cinetica.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco <strong>di</strong> massa 2,5 kg va a urtare una<br />

molla orizzontale avente k = 320 N/m, e la<br />

comprime <strong>per</strong> una lunghezza massima <strong>di</strong> 7,5<br />

cm. Il piano è privo <strong>di</strong> attrito. a) Quanto<br />

lavoro svolge la molla <strong>per</strong> arrestare <strong>il</strong> blocco?<br />

b) Qual era la velocità <strong>del</strong> blocco quando ha<br />

urtato la molla?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una gru <strong>di</strong> un cantiere ed<strong>il</strong>e lascia <strong>di</strong>scendere fino a terra una sbarra <strong>di</strong> 300 kg da un’altezza<br />

<strong>di</strong> 8 m a velocità costante. Quale forza applica alla sbarra? Quanto lavoro compie?


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Uno sciatore <strong>di</strong> massa 80 kg scende lungo un pen<strong>di</strong>o <strong>di</strong> angolo 20 gra<strong>di</strong>, compiendo un<br />

tragitto <strong>di</strong> 500 m alla velocità costante <strong>di</strong> 15 m/s. Calcolare:<br />

a) <strong>il</strong> coefficiente <strong>di</strong> attrito <strong>di</strong>namico cui è sottoposto lo sciatore;<br />

b) Il modulo <strong>del</strong> lavoro compiuto dalla forza <strong>di</strong> attrito;<br />

c) la velocità finale che lo sciatore avrebbe in assenza <strong>di</strong> attriti (partendo da una velocità<br />

iniziale <strong>di</strong> 15 m/s).<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco <strong>di</strong> 2,00 kg cade da un altezza <strong>di</strong><br />

40 cm su una molla avente costante k = 1960<br />

N/m. Trovate la massima lunghezza <strong>di</strong> compressione<br />

<strong>del</strong>la molla.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un protone (massa m = 1, 67×10 −27 kg) è accelerato in un acceleratore lineare. Gli<br />

viene impressa un’ accelerazione, in linea retta, <strong>di</strong> 3, 6×10 15 m/s 2 . Se un protone entra<br />

nella macchina, con velocità iniziale <strong>di</strong> 2, 4×10 7 m/s e <strong>per</strong>corre una lunghezza <strong>di</strong> 3,5 cm,<br />

calcolate:<br />

a) la sua velocità finale<br />

b) <strong>il</strong> guadagno in energia cinetica dovuto all’accelerazione.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco <strong>di</strong> 2,00 kg è appoggiato contro una molla su un piano<br />

inclinato con pendenza <strong>di</strong> 30 gra<strong>di</strong>, privo <strong>di</strong> attrito. La<br />

molla, avente costante elastica k = 19, 6 N/cm, è compressa <strong>di</strong><br />

20,0 cm e poi lasciata libera. a) Quanto vale l’energia potenziale<br />

<strong>del</strong>la molla compressa? b) Quanto la variazione <strong>di</strong> energia<br />

potenziale gravitazionale <strong>per</strong> l’intero tragitto <strong>del</strong> blocco? c)<br />

Quanto lontano lungo <strong>il</strong> piano inclinato viene spinto <strong>il</strong> blocco?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un orsetto <strong>di</strong> 25 kg si lascia scivolare, da fermo, <strong>per</strong> 12 m lungo un palo raggiungendo la<br />

velocità <strong>di</strong> 5,6 m/s subito prima <strong>di</strong> toccare <strong>il</strong> suolo.<br />

a) Quale variazione ha subito la sua energia potenziale?<br />

b) Qual è la sua energia cinetica subito prima <strong>di</strong> toccare <strong>il</strong> suolo?<br />

c) Qual è la forza me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> attrito che agisce sull’orsetto?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco scivola lungo una pista da un livello<br />

a un altro livello più elevato, attraversando<br />

un avvallamento interme<strong>di</strong>o. La pista<br />

è priva <strong>di</strong> attrito fino a che si giunge al livello<br />

maggiore, dove invece esiste una forza <strong>di</strong> attrito<br />

che arresta <strong>il</strong> blocco dopo una <strong>di</strong>stanza<br />

d. Trovate d, sapendo che la velocità iniziale<br />

v 0 è 6.0 m/s, la <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> quota è 1,1 m e<br />

<strong>il</strong> coefficiente <strong>di</strong> attrito <strong>di</strong>namico µ k è 0,60.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Il massimo <strong>di</strong>slivello <strong>del</strong>le montagne russe <strong>di</strong> un luna park è <strong>di</strong> 60 m. Che velocità massima<br />

può raggiungere <strong>il</strong> carrellino (<strong>di</strong> massa m = 200 kg)? Supponete che <strong>il</strong> carrellino parta<br />

dal punto più alto e trascurate ogni attrito.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Per valutare la profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> un pozzo vi si lascia cadere un sasso e si misura <strong>il</strong> tempo t<br />

trascorso tra l’istante in cui si abbandona <strong>il</strong> sasso e quello in cui si ode <strong>il</strong> rumore prodotto<br />

dall’urto contro <strong>il</strong> fondo. Si trascuri la resistenza <strong>del</strong>l’aria. (t = 3 s, velocità <strong>del</strong> suono<br />

v = 330 m/s). Quanto è profondo <strong>il</strong> pozzo?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Uno sciatore scivola lungo un pen<strong>di</strong>o inclinato <strong>di</strong> 30 gra<strong>di</strong> rispetto al piano orizzontale,<br />

con un coefficiente <strong>di</strong> attrito <strong>di</strong>namico µ d = 0.2. Il pen<strong>di</strong>o è lungo 1 km ed alla fine <strong>del</strong><br />

pen<strong>di</strong>o c’è un piano, con neve nelle stesse con<strong>di</strong>zioni. Se lo sciatore parte da fermo, si<br />

calcoli:<br />

a) la sua velocità alla fine <strong>del</strong> pen<strong>di</strong>o<br />

b) a quale <strong>di</strong>stanza riesce ad arrivare sul piano<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una pietra cade da un’altezza pari a 3.0 m. Calcolare la velocità <strong>del</strong>la pietra quando si<br />

trova ad un’altezza <strong>di</strong> 1.0 m dal terreno.


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

17 maggio 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un blocco <strong>di</strong> rame <strong>di</strong> 2 Kg alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 66 0 C viene gettato in una vasca contenente<br />

5 kg <strong>di</strong> acqua <strong>di</strong>st<strong>il</strong>lata alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 10 0 C. Determinare <strong>il</strong> calore specifico <strong>del</strong> rame<br />

sapendo che la tem<strong>per</strong>atura finale <strong>di</strong> equ<strong>il</strong>ibrio è 12 0 C, e supponendo trascurab<strong>il</strong>e la<br />

<strong>di</strong>s<strong>per</strong>sione <strong>di</strong> calore (<strong>il</strong> calore specifico <strong>del</strong>l’acqua vale 4186 J/(kg · K))<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

150 cm 3 <strong>di</strong> tè alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 90 0 C vengono versati in una tazza <strong>di</strong> vetro <strong>di</strong> 150<br />

g inizialmente alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 25 0 C. Quale sarà la tem<strong>per</strong>atura finale <strong>di</strong> equ<strong>il</strong>ibrio<br />

assumendo che non venga <strong>di</strong>s<strong>per</strong>so calore nell’ambiente circostante? (<strong>il</strong> calore specifico<br />

<strong>del</strong> vetro vale 840 J/(kg · K))<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un corpo <strong>di</strong> massa 2 kg si muove su un piano orizzontale liscio (cioè senza attrito) con<br />

velocità <strong>di</strong> 10 m/s.<br />

a) Quanto vale la sua energia cinetica?<br />

Il corpo raggiunge poi una molla con costante elastica k = 4 × 10 4 N/m e viene frenato<br />

da essa.<br />

b) Qual è l’energia potenziale <strong>del</strong>la molla quando <strong>il</strong> corpo è fermo?<br />

c) Di quanto deve variare la lunghezza <strong>del</strong>la molla <strong>per</strong> frenare <strong>il</strong> corpo?


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Due cubetti <strong>di</strong> ghiaccio <strong>di</strong> massa 50 g ciascuno vengono immessi in un bicchiere contenente<br />

200 g <strong>di</strong> acqua. Se l’acqua inizialmente ha una tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 25 0 C e <strong>il</strong> ghiaccio proviene<br />

<strong>di</strong>rettamente da un congelatore a −15 0 C, quanta parte <strong>del</strong> ghiaccio si scioglie e qual è la<br />

tem<strong>per</strong>atura finale <strong>del</strong>la bevanda? Se si versa un solo cubetto qual è invece la tem<strong>per</strong>atura<br />

finale <strong>del</strong>la bevanda? Si ricorda che <strong>il</strong> calore specifico <strong>del</strong> ghiaccio vale 2220 J/(kg · K),<br />

ed <strong>il</strong> suo calore latente <strong>di</strong> fusione 333 kJ/kg.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Calcolate la variazione <strong>di</strong> energia potenziale gravitazionale <strong>di</strong> un corpo <strong>di</strong> massa m portato<br />

ad una altezza h rispetto alla su<strong>per</strong>ficie <strong>del</strong>la terra, dapprima usando l’espressione esatta<br />

e poi supponendo costante l’accelerazione <strong>di</strong> gravità. Valutare la <strong>di</strong>fferenza dei risultati<br />

<strong>per</strong> un corpo <strong>di</strong> massa 10 kg <strong>per</strong> i casi: a) h = 1 m e b) h = 10 km. Si ricorda che <strong>il</strong><br />

raggio <strong>del</strong>la terra vale 6, 37 × 10 6 m.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

L’acrobata <strong>di</strong> un circo, <strong>di</strong> massa 75 kg, salta verticalmente verso l’alto, dalla cima <strong>di</strong> una<br />

piattaforma, con una velocità <strong>di</strong> 5.0 m/s. Quali saranno la sua velocità e la sua energia<br />

cinetica nell’atterrare su un materasso elastico, situato 3.0 m più in basso?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

La tem<strong>per</strong>atura <strong>del</strong>l’aria sopra le aree costiere è influenzata molto dal grande calore specifico<br />

<strong>del</strong>l’acqua. Una ragione è che l’energia termica ceduta quando 1 m 3 <strong>di</strong> acqua si<br />

raffredda <strong>di</strong> 1.0 0 C farà aumentare <strong>di</strong> 1.0 0 C la tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> un volume molto maggiore<br />

<strong>di</strong> aria. Ottenere una stima <strong>di</strong> questo volume d’aria. Il calore specifico <strong>del</strong>l’aria è<br />

approssimativamente 1.0 kJ/(kg · K). Si assuma che la densità <strong>del</strong>l’aria sia 1.3 kg/m 3 .


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

24 maggio 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Quattro moli <strong>di</strong> ossigeno molecolare si trovano alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 12 0 C ed occupano un<br />

volume pari a 25 litri. Determinare la pressione <strong>del</strong> gas. Il gas subisce una compressione<br />

isoterma sino ad un volume finale <strong>di</strong> 4 litri. Assumendo che l’ossigeno si comporti come un<br />

gas <strong>per</strong>fetto, determinare la pressione finale <strong>del</strong> gas e <strong>il</strong> lavoro compiuto, specificandone<br />

<strong>il</strong> segno.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un gas <strong>per</strong>fetto posto in un c<strong>il</strong>indro chiuso da un pistone <strong>di</strong> massa 5 kg e su<strong>per</strong>ficie 10<br />

cm 2 , sottoposto alla pressione atmosferica, viene riscaldato e lasciato espandere a pressione<br />

costante dal volume iniziale <strong>di</strong> 2 l ad un volume finale <strong>di</strong> 4 l. Se <strong>il</strong> gas contiene 1.2 ×10 −1<br />

moli, quale sarà la tem<strong>per</strong>atura finale <strong>del</strong> gas? Quanto vale e che segno ha <strong>il</strong> lavoro svolto<br />

dal gas? Quanto calore ha assorbito o ceduto <strong>il</strong> gas?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un recipiente contiene un gas, approssimab<strong>il</strong>e ad un gas <strong>per</strong>fetto, <strong>il</strong> cui calore specifico<br />

a volume costante è pari a 21 J/(mole · K). Inizialmente <strong>il</strong> gas occupa un volume <strong>di</strong> 5<br />

l ad una pressione <strong>di</strong> 2 atm e ad una tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 250 K. Il gas subisce le seguenti<br />

trasformazioni:<br />

1) riscaldamento a volume costante, sino a raggiungere <strong>il</strong> doppio <strong>del</strong>la pressione iniziale;<br />

2) riscaldamento a pressione costante, sino alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 650 K; 3) raffreddamento<br />

a volume costante, sino alla pressione iniziale; 4) raffreddamento a pressione costante,<br />

sino alle con<strong>di</strong>zioni iniziali.


Calcolare <strong>il</strong> calore assorbito o ceduto dal gas nelle quattro trasformazioni ed <strong>il</strong> lavoro<br />

totale <strong>del</strong>l’intero processo.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una mole <strong>di</strong> gas elio è riscaldata a pressione costante da 300 K a 420 K. Calcolare<br />

a) l’energia trasferita al gas tramite <strong>il</strong> calore<br />

b) l’incremento <strong>di</strong> energia interna<br />

c) <strong>il</strong> lavoro svolto dal gas<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una quantità pari a 2.6 ×10 −4 moli <strong>di</strong> gas <strong>per</strong>fetto monoatomico si trovano in un contenitore<br />

<strong>di</strong> volume 12 cm 3 , alla pressione <strong>di</strong> 1 atmosfera e con una tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 290 gra<strong>di</strong><br />

centigra<strong>di</strong>. Attraverso una trasformazione isobara si passa alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 100 gra<strong>di</strong><br />

centigra<strong>di</strong>. Quale è <strong>il</strong> volume <strong>del</strong> gas ? Quanto è <strong>il</strong> calore scambiato ? È stato fatto <strong>del</strong><br />

lavoro ?


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

31 maggio 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Due particelle <strong>di</strong> carica Q 1 = 2.9 × 10 −10 C e Q 2 = −5.2 × 10 −10 C rispettivamente, sono<br />

poste ad una <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 15 cm, successivamente vengono spostate alla <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 40 cm.<br />

Determinare <strong>il</strong> rapporto tra le forze che le particelle esercitano tra <strong>di</strong> loro nei due casi.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Tre particelle cariche con uguale carica Q = 4.0 × 10 −6 C sono <strong>di</strong>sposte ai vertici <strong>di</strong><br />

un triangolo equ<strong>il</strong>atero <strong>di</strong> lato l = 12 cm. Determinare la forza elettrostatica agente su<br />

ciascuna particella. Determinare <strong>il</strong> campo elettrico al centro <strong>del</strong> triangolo.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

In prossimità <strong>del</strong>la su<strong>per</strong>ficie terrestre è presente un campo elettrico uniforme con intensità<br />

pari a 150 V/m, <strong>di</strong>retto verso <strong>il</strong> centro <strong>del</strong>la Terra. Due particelle identiche con massa<br />

pari a 25 g cadono nello stesso istante da un’altezza <strong>di</strong> 4 m. Sapendo che le due particelle<br />

hanno cariche Q 1 = −3×10 −5 C e Q 2 = 2×10 −5 C, determinare, trascurando la resistenza<br />

<strong>del</strong>l’aria, dopo quanto tempo e con che velocità raggiungono <strong>il</strong> suolo.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Una particella con carica Q = 2 × 10 −3 C e massa m = 2 g entra tra le armature <strong>di</strong><br />

un condensatore piano una con velocità costante. Che intensità e <strong>di</strong>rezione deve avere <strong>il</strong><br />

campo elettrico affinché la particella proceda con moto rett<strong>il</strong>ineo e uniforme?


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Qual è <strong>il</strong> potenziale netto<br />

nel punto P dovuto alle<br />

quattro cariche puntiformi,<br />

se V = 0 è all’infinito?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Ricavare un’espressione <strong>per</strong> <strong>il</strong> lavoro necessario<br />

<strong>per</strong> <strong>di</strong>sporre quattro cariche come è in<strong>di</strong>cato<br />

nella figura, assumendo che le cariche<br />

siano all’inizio infinitamente lontane tra loro.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un elettrone è scagliato alla velocità <strong>di</strong> 106 m/s contro un secondo elettrone, che è mantenuto<br />

fermo. Trovare la minima <strong>di</strong>stanza cui arrivano i due elettroni.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Tre particelle cariche sono <strong>di</strong>sposte lungo l’asse x nelle posizioni a, 0 e −2a. Le tre<br />

particelle hanno carica rispettivamente pari a +2Q, −3Q, +4Q. Calcolare la forza elettrostatica<br />

risultante sulla particella con carica +4Q.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Quattro particelle con carica Q 1 = −1 × 10 −10 C , Q 2 = 2 × 10 −10 C , Q 3 = 3 × 10 −10 C<br />

e Q 4 = 5 × 10 −10 C sono poste ai vertici <strong>di</strong> un quadrato <strong>di</strong> lato l = 15 cm. Determinare<br />

<strong>il</strong> campo elettrico ed <strong>il</strong> potenziale al centro <strong>del</strong> quadrato.


<strong>Esercizi</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>Tutorato</strong> <strong>del</strong> <strong>Corso</strong> <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> <strong>Generale</strong><br />

Turno A<br />

7 giugno 2007<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Due lampa<strong>di</strong>ne, che consumano 10 W ciascuna quando sono collegate in serie ad una p<strong>il</strong>a<br />

da 20 V , vengono collegate in parallelo ad una p<strong>il</strong>a da 5 V . Quanto vale la resistenza <strong>di</strong><br />

ciascuna lampada? Quanto consuma ciascuna lampada nel secondo caso?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un f<strong>il</strong>o conduttore ha un <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 2.0 mm, una lunghezza <strong>di</strong> 3.0 m e una resistenza <strong>di</strong><br />

50 mΩ. Qual è la resistività <strong>del</strong> materiale ?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Dato <strong>il</strong> seguente circuito<br />

con R 1 = 4 Ω, R 2 = 2 Ω,<br />

R 3 = 4 Ω, I = 3 A, determinare<br />

le correnti I 2 e I 3 e<br />

la <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> potenziale<br />

V AB .


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Si consideri una regione con un campo magnetico B <strong>di</strong>retto verso l’alto e con modulo pari<br />

a 2 tesla e un elettrone che giunge in questa regione muovendosi nel piano orizzontale con<br />

velocità pari a 3×10 5 m/s. Si scelga un opportuno sistema <strong>di</strong> riferimento e si in<strong>di</strong>chi<br />

a quale forza è soggetto l’elettrone. Se l’elettrone arriva nella regione trovandosi anche<br />

all’interno <strong>di</strong> un condensatore piano, come devono essere <strong>di</strong>sposte le armature <strong>per</strong>ché <strong>il</strong><br />

campo elettrico E generato dal condensatore abbia la stessa <strong>di</strong>rezione <strong>del</strong>la forza prodotta<br />

dal campo magnetico? Su quale armatura deve trovarsi la carica positiva <strong>per</strong>ché la forza<br />

prodotta dal campo magnetico e da quello elettrico abbiano verso opposto? Quale deve<br />

essere <strong>il</strong> valore <strong>di</strong> E <strong>per</strong>ché la carica possa muoversi con moto rett<strong>il</strong>ineo uniforme?<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Dato <strong>il</strong> seguente circuito:<br />

R 1 = R 2 = R6 = 4 Ω,<br />

R 3 = 8 Ω, R 4 = R 5 = 2<br />

Ω, V = 24 V , determinare<br />

la resistenza totale.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un elettrone si muove con velocità v = 2×10 7 m/s in un campo magnetico uniforme<br />

<strong>di</strong> modulo B = 1.2×10 −3 T. La velocità risulta <strong>per</strong>pen<strong>di</strong>colare al campo magnetico.<br />

Calcolare <strong>il</strong> raggio <strong>del</strong>l’orbita <strong>del</strong>l’elettrone.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Due resistenze, rispettivamente <strong>di</strong> 4 Ω e 8 Ω, vengono collegate in parallelo ad una batteria<br />

da 12 V , <strong>di</strong> resistenza interna 3 Ω. Calcolare i valori <strong>del</strong>la corrente che fluisce in entrambe<br />

le resistenze.<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Due litri <strong>di</strong> acqua alla tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> 10 gra<strong>di</strong> vengono portati all’ebollizione in 12 minuti<br />

da un fornello. Il fornello, alimentato da una batteria che eroga una <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> potenziale<br />

continua, è costituito da una resistenza elettrica <strong>di</strong> 50 Ω. Supponendo che non via siano<br />

<strong>di</strong>s<strong>per</strong>sioni <strong>di</strong> calore, ovvero che tutto <strong>il</strong> calore fornito dal fornello venga ut<strong>il</strong>izzato <strong>per</strong><br />

portare l’acqua all’ebollizione, determinare:<br />

a) l’energia termica fornita dal fornello,<br />

b) la potenza erogata dal fornello, supponendola costante,<br />

c) la corrente elettrica che circola nella resistenza<br />

(calore specifico <strong>del</strong>l’acqua: 1 kcal/kgK = 4186 J/kgK)<br />

<strong>Esercizi</strong>o<br />

Un f<strong>il</strong>o con resistenza <strong>di</strong> 5 Ω viene stirato fino al doppio <strong>del</strong>la sua lunghezza iniziale.<br />

Trovate la nuova resistenza <strong>del</strong> f<strong>il</strong>o ipotizzando che la resistività e la densità <strong>del</strong> materiale<br />

non siano variati.


<strong>Esercizi</strong>o<br />

Determinare la corrente<br />

nel circuito assegnato.

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