Fisica 1 - Svogimento di tutti i compiti d'esame dal 29/02/15 AL 23/11/16

A A

T =400 K, esegue le seguenti trasformazioni: a) espansione isoterma reversibile che triplica il

A

volume, b) espansione adiabatica reversibile che porta la temperatura a T =250 K, c) compressione

C

isoterma reversibile che porta il volume al valore iniziale e d) una trasformazione isocora reversibile

che porta il gas nelle condizioni iniziali. Determinare il rendimento del ciclo termico.

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Corso di Laurea - Ingegneria Civile ed Ambientale

Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

15/07/’16

1) Una sbarretta uniforme di massa M=2 Kg e lunghezza l=1 m, è libera di ruotare in un piano

verticale intorno ad un asse orizzontale senza attrito passante per il suo estremo C. Sull’altro

estremo della sbarretta è fissato un corpo, approssimabile ad un punto materiale di massa m=1 Kg.

La sbarretta inizialmente ferma in posizione orizzontale, viene lasciata cadere. Determinare

l’accelerazione angolare iniziale del sistema e l’accelerazione tangenziale iniziale dell’estremità

della sbarretta. C m

2) Una pompa trasferisce acqua da un recipiente ad un altro, più in alto di 5 m, attraverso un tubo. Il

raggio del tubo non è costante, ma aumenta gradatamente da 1 cm (estremità inferiore) a 2 cm

(estremità superiore). La velocità dell’acqua all’estremità inferiore del tubo è 8 m/s. Calcolare: a) la

differenza di pressione tra le due estremità del tubo e b) il lavoro fatto in un secondo (cioè la

potenza) dalla pompa.

3) Una mole di gas ideale monoatomico compie un ciclo reversibile formato dalle seguenti

trasformazioni: AB espansione isoterma (p = 2 atm, V = 2 l, V = 4 l) ; BC espansione adiabatica

A A B

(p =p /4); CD compressione isobara (V =V ); DA trasformazione isocora fino allo stato A.

C A D A

Calcolare il rendimento del ciclo.

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

14/12/’15

1) Un corpo di massa m =3.5 Kg è posto su un piano orizzontale, ed è collegato, tramite due

A

fili che passano attraverso due pulegge di massa e attrito trascurabile, a due corpi di massa

m =2 Kg e m =5 Kg. Il sistema è inizialmente in quiete. Calcolare: a) l’accelerazione di A

B C 

supponendo che non vi siano attriti, e b) il valore di affinché il sistema resti in quiete.

s

A

B C

2) Una sfera di raggio R=4 cm e massa m=1 Kg è lasciata libera di rotolare dalla sommità di un

piano inclinato di un angolo di 30° e altezza h=2 m. Calcolare: a) la velocità del c.m. quando



la sfera arriva alla base, e b) il minimo valore di affinché si abbia rotolamento.

s

Fttty

3) Un gas biatomico svolge le seguenti trasformazioni reversibili: 1) AB isobara con p =3 atm,

A

V =1 litro e V =5 litri, 2) BC isocora che porta la pressione a p = 1 atm, 3) CD isobara che

A B C

riporta il volume a V =1 litro e 4) CA una isocora che porta il sistema nello stato iniziale.

D

Calcolare il rendimento del ciclo.

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

25/09/’15

1) Un punto materiale si muove su una traiettoria circolare di raggio r=0.1 m, giacente su un

piano orizzontale scabro. Determinare il coefficiente di attrito dinamico, sapendo che il

punto parte con velocità iniziale v =2 m/s e si ferma dopo aver compiuto 2 giri.

i

2) Una sfera omogenea di massa m=5.0 Kg rotola su un piano orizzontale scabro sotto l’azione

di una forza F applicata al baricentro di modulo F=20 N. La sfera parte da ferma e il



coefficiente di attrito statico è =0.23, Calcolare: a) la velocità lineare della sfera dopo un

s

tempo t= 2 s, b) il lavoro svolto dalle forze agenti sulla sfera, e c) il modulo della forza di

attrito statico che consente il rotolamento.

3) Una mole di gas ideale monoatomico compie un ciclo di Carnot tra due temperature, T =400

1

=0.5.

K e T >T . Il rendimento è Determinare: a) il lavoro svolto durante l’espansione

2 1

isoterma AB da V a V =2 V , b) il rapporto tra volume finale e volume iniziale nella

A B A

compressione isoterma CD, e c) il lavoro complessivo svolto durante il ciclo.

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

03/09/’15 =30°

1) Un corpo di massa m=5 Kg parte da fermo alla sommità di un piano inclinato di un angolo

di altezza h=1 m. Il coefficiente di attrito dinamico tra la superficie del piano e il corpo è µ =0.4.

d

Alla fine del piano il corpo si muove su una superficie orizzontale priva di attrito percorrendo un

tratto di lunghezza d=0.5 m, quindi viene fermato da una molla di costate elastica K=1500 N/m.

Calcolare: a) la velocità del corpo alla base del piano, b) il valore della compressione della molla.

2)Un semaforo di massa M=20 Kg pende da un palo AB di lunghezza l=4.5 m e di massa m=10 Kg.

=40°

Il palo è sostenuto da un cavo (CD), l’angolo e la distanza AC è h=2.0 m. Calcolare: a) la

tensione del filo e b) la forza che il perno A esercita sul palo.

B

C D



A

3)Un gas biatomico compie il ciclo ABCD: AB è una isoterma irreversibile, BC una adiabatica,

CD una isobara e DA una isocora: le trasformazioni BC, CD e DA sono reversibili. Nella isoterma il

gas assorbe una quantità di calore Q = 800 J. a) Si determini il rendimento sapendo che V = 5 litri,

C1 A

V =10 litri, V =15 litri, T =900 K, n=0.2 moli. b) Si confronti il rendimento con quello ottenuto nel

B C A

caso la trasformazione AB sia reversibile.

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

29/02/’15

1) Una palla di massa m=2.5 Kg, partendo da ferma, cade per una distanza verticale h=50 cm

y=15

prima di colpire una molla disposta con asse verticale, comprimendola di un tratto

cm. Calcolare la costante elastica della molla. Misurare le distanze dal punto in cui la palla

tocca la molla a riposo.

2) Un serbatoio a pareti verticali è riempito di acqua fino ad un’altezza h=10 m. Calcolare a

quale distanza h bisogna praticare un foro su una parete laterale affinché l’acqua che

1

fuoriesce da esso cada ad una distanza x = 8 m.

1

3) Una mole di gas ideale monoatomico descrive un ciclo formato dalle seguenti

trasformazioni: AB isobara, BC isocora e CA adiabatica. Le temperature degli stati

3 3

termodinamici A e B sono T =300 K e T =400 K, mentre V =3 dm e V =4 dm . Calcolare il

A B A B

rendimento del ciclo. Università degli Studi di Catania

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

06/09/’16

1) Un corpo di massa m viene lasciato libero dalla sommità di un piano inclinato di un angolo

=25° e di altezza h=50 cm. Il coefficiente di attrito dinamico tra il piano e il corpo è

 =0.32. Calcolare: a) l’accelerazione del corpo e b) la velocità con cui arriva alla base del

d

piano.

2) Una cilindro di massa m=5 Kg, si nuove sotto l’azione di una forza F=15 N applicata al suo

centro di massa. Determinare il valore del coefficiente di attrito statico che ne permette il

puro rotolamento.

3) Una mole di gas ideale biatomico si espande reversibilmente dallo stato A ((p = 2 atm, V =2

A A

l) ad uno stato che ne raddoppia il volume. Calcolare: a) le coordinate termodinamiche, b) il

lavoro compiuto e c) la variazione di entropia, se l’espansione è isoterma e se l’espansione è

adiabatica. Università degli Studi di Catania

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

26/09/2016

1) Un oggetto di 0.5 Kg collegato ad una molla di costante elastica k=8 N/m oscilla di moto

armonico semplice con un’ampiezza di 10 cm. Calcolare: a) il valore massimo del modulo della

velocità e dell’accelerazione e b) velocità e accelerazione quando l’oggetto si trova a 6.0 cm dalla

posizione di equilibrio.

2) Un cilindro di massa m=5 Kg rotola senza strisciare su una superficie orizzontale. Ad un certo

istante il suo centro di massa ha una velocità di 10 m/s. Determinare: a) l’energia cinetica

traslazionale del C.M., b) l’energia cinetica rotazionale rispetto al centro di massa e c) l’energia

cinetica totale.

3) Una mole di gas perfetto compie un ciclo di Carnot. Nello stato iniziale (A) la pressione è 25 atm

e la temperatura 600 K. Nella espansione isoterma ad alta temperatura la pressione diminuisce a 4

atm. La temperatura della sorgente fredda è 400 K. Calcolare: a) il rendimento del ciclo, b) il lavoro

totale svolto in un ciclo e c) il calore ceduto alla sorgente a bassa temperatura.

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

16/07/’15

1) Un blocco di massa m =4 Kg e uno di massa m =5 Kg sono disposti come in figura. La puleggia

A B

è priva di massa e attrito. Determinare: a) il peso minimo del blocco C da mettere su A per

impedirgli di spostarsi, e b) l’accelerazione di A quando il blocco C viene rimosso. (µ = 0.25,

d

µ =0.3)

s A B 2

2) Una presa di acqua di una diga ha sezione S = 0.8 m e l’acqua scorre ad una velocità di 40 cm/s.

1

Essa alimenta una centrale che si trova 160 m sotto il punto di presa. A livello della centrale la

2

sezione del tubo è S = 0.04 m . Calcolare la differenza di pressione tra ingresso e uscita.

2

3) Un gas ideale compie il seguente ciclo termico reversibile: 1) AB- trasformazione isobara che

raddoppia il volume, 2) BC- espansione adiabatica che porta il volume a V =16 V e la pressione a

C A

p = p /16, 3) CD- compressione isobara che porta il volume a V =8V , 4) DA- trasformazione

C A D A

adiabatica che porta il gas nello stato iniziale. Calcolare: a) il rendimento e b) il tipo di gas

(monoatomico, biatomico,…)

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Compito di Fondamenti di Fisica Sperimentale I

23/11/2016

1) Un blocco di massa m=2 Kg viene spinto contro una molla orizzontale, di costante elastica

k=200 N/m, comprimendola di 15 cm. Il blocco viene poi rilasciato sulla superficie orizzontale e si

arresta dopo un percorso di 75 cm. Calcolare il coefficiente di attrito d