Fisica applicata

Esame di fisica applicata

Informazioni generali

Prof.ssa Zimatore

Facoltà: Scienze Biologiche

E-Campus Luglio 2022

Paniere completo (230 quiz + 50 risposte alle domande aperte)

Indice

• Indice Lezioni ................................................................................................................................................ p. 2
• Lezione 001 ............................................................................................................................. p. 4
• Lezione 002 ............................................................................................................................. p. 5
• Lezione 003 ............................................................................................................................. p. 6
• Lezione 004 ............................................................................................................................. p. 7
• Lezione 006 ............................................................................................................................. p. 8
• Lezione 007 ............................................................................................................................. p. 9
• Lezione 008 ............................................................................................................................. p. 10
• Lezione 010 ............................................................................................................................. p. 15
• Lezione 011 ............................................................................................................................. p. 16
• Lezione 012 ............................................................................................................................. p. 18
• Lezione 013 ............................................................................................................................. p. 19
• Lezione 014 ............................................................................................................................. p. 20
• Lezione 015 ............................................................................................................................. p. 21
• Lezione 016 ............................................................................................................................. p. 22
• Lezione 017 ............................................................................................................................. p. 28
• Lezione 018 ............................................................................................................................. p. 29
• Lezione 019 ............................................................................................................................. p. 30
• Lezione 020 ............................................................................................................................. p. 31
• Lezione 021 ............................................................................................................................. p. 32
• Lezione 023 ............................................................................................................................. p. 33
• Lezione 024 ............................................................................................................................. p. 34
• Lezione 029 ............................................................................................................................. p. 38
• Lezione 030 ............................................................................................................................. p. 39
• Lezione 031 ............................................................................................................................. p. 40
• Lezione 032 ............................................................................................................................. p. 41
• Lezione 033 ............................................................................................................................. p. 45
• Lezione 034 ............................................................................................................................. p. 46
• Lezione 036 ............................................................................................................................. p. 47
• Lezione 037 ............................................................................................................................. p. 48
• Lezione 038 ............................................................................................................................. p. 49
• Lezione 039 ............................................................................................................................. p. 50
• Lezione 040 ............................................................................................................................. p. 51
• Lezione 041 ............................................................................................................................. p. 54
• Lezione 042 ............................................................................................................................. p. 55
• Lezione 043 ............................................................................................................................. p. 57
• Lezione 044 ............................................................................................................................. p. 58
• Lezione 045 ................................................................................................................................................. p. 59
• Lezione 046 ............................................................................................................................. p. 60
• Lezione 047 ............................................................................................................................. p. 61
• Lezione 048 ............................................................................................................................. p. 62
• Lezione 100 ............................................................................................................................. p. 63

Domande aperte I parte

Il paniere contiene le risposte sviluppate con i relativi grafici alle domande aperte proposte dal docente prof.ssa Zimatore nel paniere relativo al suo corso di Fisica Applicata.

Domanda 7 Lezione 1

Come funziona un dinamometro? Spiegare quale legge sfrutta, le grandezze e le loro unità di misura, fare il disegno e un esempio numerico.

È composto da una molla a cui può essere agganciata una massa che, per effetto dell'attrazione gravitazionale, deformerà la molla allungandola. Agiscono due forze: la forza peso verso il basso e la forza elastica contraria verso l'alto.

Un dinamometro sfrutta la legge di Hooke spesso considerando una molla ideale. La differenza di allungamento o deformazione della molla, viene indicato con ΔL. Raddoppiando, triplicando ecc. il peso della molla, anche il ΔL raddoppia o triplica. Facendo il rapporto tra ΔL e la F (forza applicata), che sono direttamente proporzionali, si ottiene la costante K (N/m). Quindi F=K x ΔL. Se applichiamo una massa di 102 g, otteniamo 1N di Forza peso (m=P/g) otteniamo ΔL=1m.

Domanda 8 Lezione 1

Come funziona una bilancia a due bracci? Spiegare quale legge sfrutta, le grandezze e le loro unità di misura fare il disegno e un esempio numerico.

La bilancia a due bracci è formata da un sostegno, un fulcro e un giogo poggiato su di esso. Il giogo ha due bracci di pari lunghezza e peso. A questo sono attaccati due piatti uguali che tengono la bilancia in perfetto equilibrio. Appoggiando un peso su un piatto si ha un momento rotatorio. Affinché non avvenga questo momento, è importante che sull'altro piatto sia applicata una forza di pari intensità. In questo modo i momenti si annullano a vicenda. La seguente formula spiega l'equilibrio: F1 x l1 = F2 x L2. I bracci della leva sono uguali quindi per avere l'equilibrio, è necessario che siano uguali anche le due forze. Le grandezze sono variabili e l'unità di misura sono i grammi (g).

Come funziona un termometro?

Spiegare quale legge sfrutta, le grandezze e le loro unità di misura fare il disegno e un esempio numerico.

Il termometro a liquido sfrutta il fenomeno fisico della dilatazione termica di un liquido al variare della temperatura, per indicare la temperatura su una data scala termometrica. In particolare, vale la legge lineare: V=V0αT dove V0 è il volume del liquido alla temperatura di riferimento (per esempio 0 °C) e α è il coefficiente di dilatazione termica.

Domanda 8 Lezione 2

Spiegare i punti fondamentali del metodo sperimentale, fare un esempio.

Il metodo sperimentale comprende quattro momenti fondamentali:

• Osservazione del fenomeno che si sta studiando.
• Formulazione di una ipotesi che stabilisce delle relazioni fra i dati osservati e avanza una spiegazione del fenomeno individuandone le cause.
• Verifica, cioè esperimenti ripetuti che riproducono artificialmente il fenomeno in laboratorio per confermare la validità dell’ipotesi. Se l’ipotesi non è confermata, lo scienziato formula una nuova ipotesi di spiegazione del fenomeno, che viene sottoposta a sua volta a verifica sperimentale.
• Se l’ipotesi è confermata, viene enunciata la legge ed elaborata la teoria che spiega quel fenomeno. Una teoria è valida fino a quando nuove osservazioni o nuove acquisizioni scientifiche o verifiche più approfondite non la smentiscono.

Un famoso esempio:

Il chimico francese Louis Pasteur (1822-1892) condusse nel 1881 un drammatico esperimento. In pratica utilizzò il Bacillus anthracis, agente infettivo responsabile del carbonchio (conosciuto anche come antrace) attenuato mediante un agente fisico (coltura a 42-43°C: la crescita a tale temperatura ne attenua la virulenza), e lo inoculò successivamente in un certo numero di pecore. La sua idea era verificare l’origine batterica della malattia, contrariamente a quanto affermato da una gran parte della comunità scientifica del tempo, la quale attribuiva il carbonchio all’inalazione dei miasmi ambientali, quindi ad una causa di tipo chimico.

Osservazioni

Le pecore si ammalavano dopo aver trascorso del tempo sui campi infetti; le pecore si ammalavano se venivano messe a contatto con il materiale in decomposizione presente sui campi o derivante da altri animali malati; nel sangue delle pecore malate era presente un organismo unicellulare a forma di bastoncello (osservabile al microscopio).

Scopo dell’esperimento

Dimostrare se il responsabile del carbonchio era il Bacillus anthracis (isolato dal medico tedesco Robert Koch) oppure i miasmi ambientali.

Ipotesi

Forse le pecore potevano acquisire l’immunità qualora fossero venute a contatto con il bacillo attenuato, cioè la cui infettività era stata ridotta mediante un reattivo chimico.

Esperimento

Pasteur selezionò dapprima 60 pecore:

• 10 di esse furono tenute da parte ed isolate; ciò serviva da controllo;
• 25 furono sottoposte all’inoculazione (vaccinazione) del bacillo attenuato per ben 2 volte (il 5 maggio 1881 e il 17 maggio 1881);
• 25 non furono vaccinate.

Successivamente (31 maggio 1881), ai due gruppi di pecore da 25 individui fu iniettata una coltura virulenta di carbonchio, cioè ricca di bacilli non attenuati ma perfettamente vitali. Pasteur verificò pubblicamente, il 2 giugno 1881, che:

• Del primo gruppo, quello delle pecore vaccinate, sopravvissero 24 individui su 25. Si registrò quindi un tasso di mortalità del 4%.
• Del secondo gruppo, quello delle pecore non vaccinate, ne sopravvissero 2 (moribonde); le altre risultarono decedute. Si registrò quindi un tasso di mortalità del 92%.

Teoria sul carbonchio di Pasteur

Il carbonchio era dovuto all’azione del Bacillus anthracis. La vaccinazione attiva le difese immunitarie e previene le malattie infettive.

Spiegare la differenza tra misure dirette e indirette

La misura diretta è quella ottenuta mettendo a diretto confronto un'unità di misura con la grandezza da misurare. La misura indiretta è quella ottenuta con l'ausilio di formule matematiche.

Che differenza c'è tra grandezze derivate e fondamentali?

Fai qualche esempio di ciascuna indicando le unità di misura.

Le grandezze fondamentali sono misurabili soltanto dall'unità di misura dedicata. Le grandezze derivate, invece, sono composte da più grandezze e unità di misura. Ad esempio, la lunghezza può essere misurata soltanto tramite il metro (m) ed è una grandezza fondamentale. Viceversa, la velocità è una grandezza derivata dal rapporto tra la lunghezza (m) e il tempo (s). Queste ultime sono dette grandezze derivate.

Cosa si intende per grandezza fisica?

Definire e fare qualche esempio.

Una grandezza fisica è la proprietà di un fenomeno, di un corpo o di una sostanza che può essere misurata. Esempi di grandezze fisiche sono: Accelerazione (m/s²), massa (Kg), forza (N), temperatura (K) e intensità di corrente (A). Misurare significa dire quante volte l'unità di misura è contenuta nella grandezza fisica. Se misuriamo la lunghezza di una strada, ad esempio, e otteniamo 14m (unità di misura m), è contenuta 14 volte nella lunghezza da misurare (lunghezza strada).

Spiegare che cosa significa che due grandezze sono inversamente proporzionali

Fare qualche esempio.

La proporzionalità inversa è una relazione in cui due grandezze assumono valori il cui prodotto è costante. In simboli diciamo che y è inversamente proporzionale a x se xy=c o equivalentemente se y=c/x con c=costante. Un esempio nel dettaglio può essere così espresso: X= velocità auto; Y=tempo impiegato a percorrere un X raddoppia, Y dimezza; Se X triplica, Y diventa la terza parte e così via... Quindi con X=20 Km/h, Y sarà uguale a 24 h; Se X=40 Km/h, Y=12h; Se X=80 Km/h, Y= 6h e così via...

Spiegare in cosa consiste il sistema internazionale di misura, perché è importante?

Il Sistema Internazionale delle unità di misura è il linguaggio con cui esprimere le misurazioni condiviso da tutti i paesi che aderiscono alla Convenzione del Metro, accordo stipulato nel 1875 dai rappresentanti di 17 paesi. Dal 1971 il SI comprende 7 unità di misura di base riferite alle rispettive 7 grandezze fisiche:

• Unità di misura di base
• Grandezze fisiche di base
• metro (m) lunghezza
• kilogrammo (kg) massa
• secondo (s) tempo
• ampere (A) intensità di corrente
• kelvin (K) temperatura termodinamica
• mole (mol) quantità di sostanza
• candela (cd) intensità luminosa

Tutte le unità di misura ottenute da queste vengono definite unità derivate. Gli scienziati hanno lavorato per decenni per giungere a questo traguardo, che assicurerà campioni di riferimento più precisi, più stabili e riproducibili ovunque. Per questo motivo è molto importante.

Cosa significa "misurare"

Misurare una grandezza significa dire quante volte l’unità di misura è contenuta nella grandezza.

Spiegare la differenza tra errori sistematici ed errori casuali e come possono essere ridotti o eliminati

L'errore sistematico, questo errore non varia se ripetiamo la misura (errore di taratura, errore nel modello, perturbazione della misura causata dallo strumento); quindi non è possibile che possa essere ridotto o eliminato. L'errore casuale che varia se ripetiamo la misura, soprattutto con strumenti molto sensibili (variazioni delle condizioni sperimentali, errore nel modello, procedure sperimentali, errore umano). Quindi il modo migliore per ridurre il più possibile l'errore è ripetere quante più misure possibili. È importante sottolineare che non è mai possibile eliminare l'errore infatti non esiste misura senza errore.

Spiegare la media e come si calcola la media e la deviazione di un set di 10 misure

Rappresentando con un istogramma le frequenze relative otterremmo un andamento a campana. Il valore medio è il valore più frequente. Per conoscere come si disperdono i dati rispetto alla media Xm, facendo la media degli scarti otterremo zero, quindi si eleva tutto alla seconda e il risultato ottenuto lo sottoporremmo a radice quadrata per avere un valore con uguale unità di misura al valore misurato. Questa grandezza viene definita con il nome di grandezza standard (indicata con sigma).

In quali grandezze fisiche è particolarmente importante conoscere il concetto di angolo?

Fare qualche esempio.

Esistono grandezze adimensionali ossia prive di unità di misura in quanto definite dal rapporto di grandezze omogenee come l’angolo. L’angolo è rapporto fra la lunghezza dell’arco sotteso dalle due semirette e il raggio. È importante conoscere il concetto di angolo per costruire, ad esempio, triangoli rettangoli simili tra loro e conoscendo l'ampiezza dell'angolo, è possibile conoscere la lunghezza del raggio r (ipotenusa) attraverso il teorema di Pitagora. Quindi √(cos²θ + sin²θ), poiché (cos²θ + sin²θ) =1 (Prima relazione fondamentale), l’uguaglianza è verificata r=r.

Quali differenze esistono tra energia potenziale ed energia cinetica?

L'energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro. L'energia cinetica è una grandezza scalare e si misura in joule. Ogni corpo che compie un movimento, sta automaticamente compiendo un lavoro e nel caso di un sasso che cade dal secondo piano di una casa, compie un lavoro nel cadere e quindi ha un certo valore di energia cinetica. L'energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa m dell'oggetto e al quadrato della sua velocità. Infatti viene espressa dalla seguente relazione: Ec=1/2 m x V². Riprendiamo però il caso del sasso che cade dal secondo piano di una abitazione. Poco prima di cadere, il sasso, si trova ad un'altezza h. Questo corpo ha immagazzinato ...