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Materia: FISICA a.s. 2018/2019 classi I LSS

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

Libro di testo:

La fisica di Cutnell e Johnson - Autore: Cutnell, Johnson, Young, Stadler - Casa ed.: Zanichelli.

Per affrontare lo studio relativo al recupero del debito in questa materia, prima di eseguire gli esercizi,

è necessario:

1) Riordinare gli appunti di teoria presi sul quaderno durante l’anno

2) Ripassare la teoria (sul quaderno e sul libro di testo)

3) Riordinare e rivedere gli esercizi svolti e corretti sul quaderno durante l’anno

4) 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

5) Memorizzare le relazioni tra le grandezze fisiche coinvolte

6) Ricavare tutte le possibili formule inverse

In generale, nell’affrontare la risoluzione dei problemi, occorre seguire lo schema logico proposto:

1) fare un disegno schematico che rappresenti la situazione descritta nell’esercizio

2) individuare le grandezze note

3) individuare la grandezza richiesta, cioè l’incognita

4) scrivere la/le possibile/i relazione/i esistente/i tra tutte le grandezze coinvolte

5) ricavare, se necessario, la formula inversa

6) eseguire le necessarie equivalenze per le unità di misura

7) solo alla fine inserire i valori numerici ed effettuare i calcoli

8) ricordare, infine, che tutte le grandezze devono essere accompagnate dalla loro unità di

misura.

Nota per la consultazione:

Per ogni argomento occorre studiare le pagine del libro di testo specificate nel seguito, oltre agli

appunti del quaderno. Quindi, passare allo studio e alla risoluzione degli esercizi svolti,

confrontando lo svolgimento riportato con quello effettuato personalmente dallo studente. Allo stesso

modo, occorre studiare gli esercizi svolti a titolo di esempio dal libro di testo, per i quali sono indicati

numero e pagina. Dopo aver studiato la teoria e gli esempi, passare alla risoluzione autonoma degli

esercizi proposti al termine di ogni argomento, per i quali è riportata la soluzione numerica.

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Capitolo 0

“La matematica per cominciare”

Studiare le parti di teoria:

U.1 - "Le proporzioni" da pag. 01 a pag. 02

U.2 - "Le percentuali" da pag. 02 a pag. 03

U.3 - "Le potenze di 10" da pag. 03 a pag. 04

U.4 - "Seno, coseno e tangente" da pag. 05 a pag. 05

Capitolo 1

“Le grandezze fisiche”


U.1 - "La natura della fisica" da pag. 11 a pag. 12

U.2 - "Le grandezze fisiche" da pag. 12 a pag. 13

U.3 - "Il Sistema Internazionale di Unità" da pag. 13 a pag. 15

U.4 - "La notazione scientifica" da pag. 15 a pag. 16

U.5 - "Le grandezze fondamentali" da pag. 16 a pag. 19

U.6 - "Le grandezze derivate" da pag. 19 a pag. 23

U.7 - "Le dimensioni fisiche delle grandezze" da pag. 23 a pag. 24

Capitolo 2

“La misura di una grandezza”


U.1 - "Gli strumenti di misura" da pag. 33 a pag. 35

U.2 - "Gli errori di misura" da pag. 35 a pag. 36

U.3 - "L’incertezza nelle misure" da pag. 36 a pag. 38

U.4 - "La scrittura di una misura" da pag. 38 a pag. 39

U.5 - "Accuratezza e precisione di una misura" da pag. 39 a pag. 39

U.6 - "L’incertezza relativa" da pag. 39 a pag. 40

U.7 - "L’incertezza statistica” da pag. 40 a pag. 42

U.8 - "L’incertezza in una misura indiretta" (senza la propagazione degli errori)"da pag. 42 a pag. 45

U.9 - "Misure, incertezze e verifiche sperimentali" da pag. 45 a pag. 48

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Studiare i seguenti esercizi svolti:

1) Calcola l’area di un lago circolare di diametro 2,64 km. Esprimi l’area del lago in m2.

2) Durante un temporale su un terrazzo rettangolare di base b=10,4 m e profondità p=9,0 m cadono

h=8 mm di pioggia. Calcola il volume di acqua in unità del SI.

Dati: b = 10,4 m; p = 9,0 m; h = 8 mm

Svolgimento:

h = 8 mm = 0,008 m

V = b x p x h= 10,4 m x 9,0 m x 0,008 m = 0,7488 m3 → 0,75 m3

3) Risolvi le equivalenze utilizzando le potenze di dieci ed esprimendole in notazione scientifica:

a. A = 80000 hm2 = ……?……….cm2

b. l = 90 mm = ……?………km

c. V = 90 m3 = ……?……..mm3

d. d = 2400 g/cm3 = ……?……kg/m3

e. t = 2 ore e 50 min e 30 s = ……?………s

f. l = 40 cm = ………? … m

g. l = 3520 mm = ……. ? … nm

Svolgimento:

a. A = 80000 hm2 = 8 ∙ 104 ∙ 108 cm2 = 8 ∙ 1012 cm2

b. l = 90 mm = 9,0 ∙ 10 ∙ 10-6 km = 9,0 ∙ 10-5 km

c. V = 900000 dm3 = 9,0 ∙ 105 ∙ 106 mm3 = 9,0 ∙ 1011 mm3

d

Dati: d =2,64 km

Svolgimento:

r = d/2 = 1,32 km = 1320 m

A= π r2=3,14 ∙ (1320)2 m2= 5471136 m2 → 5470000 m2

9,0 m

10,4

m

8 mm

4

d. d = 2400 g/cm3 = 2,4 ∙ 103 ∙ 103 kg/m3 = 2,4 ∙ 106 kg/m3

e. t = 2 ore e 50 min e 30 s = (2 x 3600 + 50 x 60 + 30) s = 10230 s = 1,023 ∙ 104 s

f. l = 40 cm = 4,0 ∙ 10 ∙ 104 m = 4,0 ∙ 105 m

g. l = 3520 mm = 3,520 ∙ 103 ∙ 106 nm = 1,76 ∙ 109 nm

Risolvere gli esercizi:

(Natura della Fisica, Grandezze fisiche, SI) da n. 06 a n. 08

(Notazione scientifica) 18, 21, 22 e 23 da pag. 26

(Grandezze fondamentali) da n. 34 a n. 37 pag. 29

(Grandezze derivate) da n. 41 a n. 43 pag. 29 + da n. 48 a n. 50 pag. 30

4) Risolvi le equivalenze utilizzando le potenze di dieci ed esprimendole in notazione scientifica.

a. m = 30 kg = …..?….t

b. m =14 g =…?.......q

c. m = 900 kg = …?… mg

d. m =40 hg = …?….hg

Svolgimento:

a. m = 30 kg = 3,0 ∙ 10 ∙ 10-3 t = 3,0 ∙ 10-2 t

b. m = 14 g = 1,4 ∙ 101 ∙ 10-5 q = 1,4 ∙10-4 q

c. m = 900 kg = 9,00 ∙ 102 ∙ 106 mg = 9,00 ∙10 8 mg

d. m = 40 hg = 4,0 ∙ 10 ∙ 104 cg = 4,0 ∙10 5 cg


(Massa) n. 29, 32, 36 pag. 29 + n. 67 pag. 31

5) Calcola la densità di una sferetta metallica di raggio r=4,00 cm sapendo che la sua massa è pari

a 536 g. Riporta il valore di densità in unità del SI.

Dati:

r = 4,00 cm

m = 536 g

Svolgimento:

V = 4/3 r3 = 4/3 x 3,14 x 64,0 cm3 = 268 cm3

d = m/V = 536 g / 268 cm3 = 2,00 g/ cm3

in unità del SI r = 0,0400 m = 4,00 x10 -2 m

5

V = 4/3 x 3,14 x 0,00000800 m3 = 0,000268 m 3

m = 0,536 kg

d = 0,536 kg/0,000268 m 3 = 2000 kg/m3

Risolvere gli esercizi della:

(Densità) da n. 68 a n. 71 + 73 da pag. 31

6) Misurando 5 volte la lunghezza dell’auditorium si ottengono i seguenti valori:

24,46 m; 24,50 m; 24,52 m; 24,44 m; 24,48 m.

a) Qual è l’incertezza dello strumento utilizzato?

0,01 m = 1 cm

b) Calcola valore medio, errore assoluto, relativo e percentuale

Vm =(24,46 + 24,50 + 24,52 + 24,44 + 24,48) 𝑚

5

Vm = 24,48 m

Ea =(24,52 − 24,44) m

2

Ea= 0,04 m

𝐸𝑟 =𝐸𝑎

𝑉𝑚=

0,04 𝑚

24,48 𝑚

Erel = 0,0016

Erel % = Er∙100 % = 0,16 %

c) Riporta il risultato della misura

Vm ± Ea = (24,48 ± 0,04) m


(Strumenti) da n. 03 e n. 05 pag. 52

(Errori ed Incertezza) da n. 08 a n. 09 + da n. 11 a n. 12 pag. 53

(Scrittura Misura) da n. 13 a n. 15 pag. 53 (14 svolto)

(Accuratezza ed Incertezza relativa) da n. 18 a n. 21 pag. 55

(Incertezza statistica ma senza ) da n. 23 a n. 24 pag. 55

(Incertezza misura indiretta) (senza la propagazione degli errori) n. 28 e n. 31 pag. 56

(Verifiche sperimentali) da n. 36 a n. 37 pag. 56

Capitolo 0

“La matematica per cominciare”


U.5 - "I grafici" pag. 06 e pag. 07

U.6 - "La proporzionalità diretta" da pag. 07 a pag. 07

U.7 - "La proporzionalità inversa" da pag. 08 a pag. 08

U.8 - "La proporzionalità quadratica" da pag. 09 a pag. 09

U.9 - "Grandezze linearmente dipendenti" da pag. 10 a pag. 10

6


7) Riportare in un grafico cartesiano i seguenti dati:

x 0 1 2 3 4 5

y 0 1 4 9 16 25

8) Riportare in un grafico cartesiano i seguenti dati:

x 0 1 2 3

y 0 4 8 12

a. Da che relazione sono legate le due variabili x e y?

Proporzionalità diretta, perché il rapporto y/x si mantiene costante in tutte le coppie di valori

(4 in questo caso)

b. Scrivi la formula che lega x e y e calcola il valore della costante.

y = 4 * x dove 4 è la costante di proporzionalità pari al rapporto y/x tra le coordinate di una

qualunque coppia di dati presente in tabella

c. Se riporti i valori di x e y in un grafico cartesiano, che tipo di curva ottieni?

Si ottiene una retta passante per l’origine la cui pendenza è pari al valore 4.

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6

y

x

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6

y

x

7

9) Riporta in un grafico cartesiano i seguenti dati:

x y 0 4

1 5

2 6

3 7

a. Da che relazione sono legate le due variabili x e y?

b. Scrivi la formula che lega x e y e calcola il valore della costante

c. Se riporti i valori di x e y in un grafico cartesiano che tipo di curva ottieni?

a. Correlazione lineare

b. y = x + 4 perché la pendenza k = 1

1

12

56

12

12 =−

−=

−

−

xx

yy = 1

c. si ottiene una retta che non passa per l’origine la cui pendenza è pari a 4.

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6

y

x

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

a sse X

As

se

y

8

10) Due grandezze fisiche x e y sono legate dalla seguente formula x * y = K

a. Le due grandezze sono direttamente o inversamente proporzionali?

Inversamente proporzionali (perché il loro prodotto è costante)

b. A che grafico corrisponde nel piano cartesiano?

Ramo di iperbole

c. Si riportino i valori di x e y in un grafico cartesiano nel caso in cui K = 4, avendo prima

completato la tabella trovando i valori di y corrispondenti ai seguenti valori di x:

1, 2, 2,5, 4,5

Tabella e grafico

x 1 2 2,5 4 5

y 4 2 1,6 1 0,8

11) Due grandezze fisiche x e y sono legate dalla seguente formula y = K x2

a. Da quale relazione sono legate le due grandezze?

Proporzionalità quadratica

b. A che grafico corrisponde nel piano cartesiano?

Ramo di parabola (passante per l’origine)

c. Si riportino i valori di x e y in un grafico cartesiano nel caso in cui K = 2, avendo prima

completato la tabella trovando i valori di y corrispondenti ai seguenti valori di x:

0, 1, 2, 2.5, 4.

Tabella e grafico

x 0 1 2 2,5 4

y 0 2 8 12,5 32

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 1 2 3 4 5 6

y

x

9


(Grafici) n. 9 pag. 10 (svolto) + da n. 02 a n. 04 pag. 13 + n. 08 e n. 10 pag. 15

(Proporzionalità diretta) n. 5 pag. 07 (svolto) + n. 50 pag. 58

(Proporzionalità inversa) n. 6 pag. 08 (svolto)

(Proporzionalità quadratica) n. 7 pag. 09 (svolto)

Capitolo 3

“I vettori e le forze”


U.1 - "Scalari e vettori" da pag. 61 a pag. 62

U.2 - "Somma e sottrazione di vettori" da pag. 62 a pag. 65

U.3 - "Prodotti tra vettori" da pag. 65 a pag. 68

U.4 - "I vettori in coordinate cartesiane" da pag. 68 a pag. 69

U.5 - "Operazioni con vettori dati in componenti cartesiane" da pag. 70 a pag. 71

U.6 - "Le forze" da pag. 71 a pag. 73

U.7 - "La forza-peso" da pag. 73 a pag. 74

U.8 - "Le forze di attrito" da pag. 75 a pag. 77

U.9 - "La forza elastica" da pag. 77 a pag. 79


12) Disegna due vettori 𝒂→ e

𝒃→ di modulo 6,0 cm e 8,0 cm con origine comune, che formino tra loro

un angolo di 90°. Disegna il vettore somma risultante e calcola il suo modulo.

La direzione e il verso di 𝑅→ si ottengono con il metodo del parallelogramma; dove il modulo di

𝑅→ (vettore somma) si ottiene con il teorema di Pitagora:

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

y

x

a

b

R

10

R = a2+ b2 = (36 +64) cm2 = 100 cm2 = 10 cm

1) Disegna due vettori 𝑎→ e

𝑏→ di modulo 8,0 cm e 10,0 cm con la punta del primo coincidente con la

coda del secondo, formanti un angolo di 90° tra loro. Trova il vettore differenza (direzione, verso

e modulo).

Il vettore differenza si ottiene come somma del primo vettore con l’opposto del secondo (-𝑏→),

cioè graficamente:

La direzione e il verso di 𝑅→ si ottengono con il metodo punta-coda, dove il modulo R si ottiene

con il teorema di Pitagora (essendo i due vettori perpendicolari tra loro):

R = a2+ b2 = (64 +100) cm2 = 164 cm2 = 12,8 cm

13) Dato il vettore a disegnato nella figura seguente, trovare e disegnare i suoi componenti lungo

gli assi cartesiani.

Si tracciano gli assi cartesiani x e y e si disegnano le proiezioni dalla punta del vettore sugli

assi.


(Operazioni) da n. 02 a n. 07 pag. 82


14) Calcola quanto vale la forza di gravità che agisce su un corpo di massa m=100 g e

rappresentala graficamente con un vettore per illustrare la sua direzione e il suo verso

Dati: m = 100 g = 0,100 kg

Svolgimento: F = m g = 0,100 kg x 9,81 N/kg = 0,981 N

Fp

a

b

-b

a

b

R

a

a

y

x ax

ay

11


(Prodotti tra Vettori) da n. 10 a n. 11 pag. 83

(Componenti e coordinate cartesiane) da n. 25 a n. 29 pag. 85

(Operazioni in coordinate Cartesiane) da n. 40 a n. 41 pag. 86

(Forze) 45, 47, 48, 50 da pag. 87

(Peso) 53, 55, 57 da pag. 88


15) Calcola la costante elastica di una molla sapendo che se si applica una forza di 24,0 N essa si

allunga di 6,0 cm. Se la forza applicata fosse di 48 N, quanto sarebbe l’allungamento?

Dati: F = 24,0 N Δ l = 6 cm = 0,060 m

La costante elastica si trova dividendo la forza applicata per l’allungamento prodotto:

K = F/ Δ l= 24,0 N/ 0,060 m = 400 N/m

Se la forza raddoppia, la costante elastica resta la stessa, poiché l’allungamento è direttamente

proporzionale alla forza applicata. L’allungamento può essere calcolato con la seguente formula

inversa

F = 48,0 N Δ l = F / k = 48,0 N / 400 N/m = 0,12 m = 12 cm

Si verifica che al raddoppiare della forza da 24,0 N a 48,0 N, raddoppia anche la deformazione

elastica, che passa da 6,0 cm a 12 cm.


(Forza elastica) da n. 68 a n. 72 (70 svolto) pag. 91

16) Calcola la forza necessaria a spostare un armadio di massa 140,0 kg sapendo che il coefficiente

di attrito statico è pari a 0,40.

Dati: ks = 0,40 m = 140,0 kg

Svolgimento.

Fp = m g = 140,0 kg 9,8 N/kg = 1372 N

(Forza peso dell’armadio)

F primo distacco = ks Fp = 0,40 1372 N = 548,8 N → 549 N

(minima forza che devo applicare all’armadio per spostarlo)

12

17) Calcola la forza di attrito dinamico (radente) che agisce su una cassa di 60,0 kg spinta

sull’asfalto (coefficiente di attrito 0,45). Fai un disegno che rappresenta la situazione indicando le

forze che agiscono sulla cassa.

Dati: m = 60,0 kg kad = 0,45

Svolgimento:

(Rv = Reazione vincolare)

Fp = mg = 60,0 kg 9,8 N/kg = 588 N

Fad = k ad Fp = 0,45 588 N = 264,6 N

→ 265 N


(Attrito) da n. 59 a n. 62 pag. 89

Capitolo 4

"L'equilibrio dei solidi"


U.1 - "Il punto materiale e il corpo rigido" da pag. 95 a pag. 96

U.2 - "L'equilibrio del punto materiale" da pag. 97 a pag. 102

U.3 - "La somma di più forze su un corpo rigido" da pag. 102 a pag. 103

U.4 - "Il momento di una forza" da pag. 104 a pag. 107

U.5 - "Corpi rigidi in equilibrio" da pag. 107 a pag. 108

U.6 - "Le leve" da pag. 108 a pag. 109

U.7 - "Baricentro ed equilibrio" da pag. 109 a pag. 112


18) Calcola la reazione vincolare che agisce su un cilindretto di massa m=40,0 g appoggiato su

una superficie piana e rappresentala graficamente

Rv Fp=m * g = 0,040 kg * 9,8 m/s2=0,392 N → 0,39 N

Rv = - Fp Rv=0,39 N

Fp

S Fa d Rv

13

19) Date due forze, agenti su un corpo, perpendicolari tra loro di intensità pari a 30,0 N (entrambe),

trovare la forza equilibrante.

La forza equilibrante è la forza uguale in direzione e modulo, ma opposta in verso alla risultante

delle due forze agenti sul corpo. Occorre quindi prima di tutto trovare graficamente la risultante

R con il metodo del parallelogramma, dopo aver disegnato le due forze.

La forza equilibrante è opposta alla forza R:

Il modulo della forza equilibrante è uguale al modulo di R e si ottiene con il teorema di

Pitagora.

F eq = R = (F2 + F2) = (900 + 900) N2 = (450) N2 = 42,4 N


(Punto materiale ed equilibrio) da n. 04 a n. 09 (07 svolto) da pag. 116

(Corpo rigido ed equilibrio) da n. 14 a n. 17 pag. 118 + da n. 35 a n. 38 pag. 121 + 42 pag. 123

(Momento) da n. 27 a n. 30 pag. 119

(Leve) da n. 49 a n. 52 (50 svolto) da pag. 124

20) Una maniglia è lunga 9,0 cm: calcola il momento della forza F=24,0 N diretta verso il basso e

applicata alla sua estremità e indica con un disegno il verso di rotazione.

Dati: b=9,0 cm F=24,0 N

Svolgimento:

M= F b=24,0 N x 9,0 cm = 24,0 N x 0,090 m = 2,16 N → 2,2 N

Il momento determinerebbe una rotazione in senso orario.

F

b

F R

F

F equilibrante

R F

F

14

21) Due oggetti sono posti ai due lati di un’asta vincolata ad un punto O. Il primo oggetto ha massa

m1 = 3,0 kg ed è posto ad una distanza b1 = 10 cm da O. Trovare la massa del secondo oggetto m2

sapendo che esso è posto ad una distanza b2 = 15 cm da O e che l’asta è in equilibrio.

Dati: m1 = 1,5 kg b1 = 10 cm b2 = 15 cm

Svolgimento: l’asta è in equilibrio per cui M1 = M2. Ricorda inoltre che Fp = m ∙ g

M1 = F1 b1 = m1 g b1 = 3,0 kg ∙ 9,8 N/kg ∙ 0,10 m = 29,4 N 0,1 m = 2,94 Nm (→ 2,9 N m)

M2 = F2 b2 = m2 g b2 = m2 9,8N/kg 0,15 m = M1 = 2,94 Nm

m2 = 2,94 N m/(9,8 N/kg . 0,15 m) = 2,0 kg

22) Per sollevare un peso di 9000 N si utilizza una macchina che ha un guadagno pari a 4.

a) Quale forza è stata applicata?

Dati: Fr = 9000 N e G = 4.

Svolgimento: sapendo che il guadagno G di una macchina semplice per definizione è pari al

rapporto tra la forza resistente Fr e la forza motrice applicata Fm, cioè:

G = m

r

F

F occorre in questo caso utilizzare la formula inversa: Fm =

G

Fr =

Cioè Fm = 9000 𝑁

4 = 2250 N

b) Quale peso solleverebbe la macchina se fosse applicata una forza di 1900 N?

Dati: Fm = 1900 N e G = 4

Svolgimento: (la macchina è la stessa per cui il suo guadagno è lo stesso) occorre in questo

caso utilizzare l’altra formula inversa: Fr = Fm G, cioè

Fr = 1900 N 4 = 7600 N


(Baricentro) da n. 53 e n. 55 pag. 126

Capitolo 5

“L’equilibrio dei fluidi”


U.1 - "I fluidi" da pag. 133 a pag. 134

U.2 - "La pressione" da pag. 134 a pag. 136

b2 b1 m2 m1

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