Svolgi gli esercizi seguenti sul quaderno, riportando per i problemi tutti i passaggi e le unità di misura. Dove non specificato, usa g = 9,8 m/s² e considera trascurabile l'attrito dell'aria. Ricorda di motivare le risposte aperte con un breve ragionamento.
- Quale formula esprime correttamente il lavoro di una forza costante che forma un angolo α con lo spostamento?
- A) L = F · s
- B) L = F · s · sen(α)
- C) L = F · s · cos(α)
- D) L = F / s · cos(α)
- L'unità di misura del lavoro nel Sistema Internazionale è:
- A) Il newton (N)
- B) Il watt (W)
- C) Il joule (J)
- D) Il pascal (Pa)
- Quando una forza è perpendicolare allo spostamento del corpo a cui è applicata, il lavoro compiuto è nullo.
- Vero / Falso
- L'energia cinetica di un corpo dipende linearmente dalla sua velocità.
- Vero / Falso
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Il teorema dell'energia cinetica afferma che il lavoro totale delle forze applicate è uguale alla ___ dell'energia cinetica del corpo.
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L'energia potenziale gravitazionale di un corpo di massa m posto a quota h vale E_p = ___.
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La potenza si misura in ___ ed è pari al rapporto tra lavoro compiuto e tempo impiegato.
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Associa ciascuna grandezza alla sua unità di misura nel SI. | Colonna A | Colonna B | |---|---| | Lavoro | watt (W) | | Potenza | newton (N) | | Forza | joule (J) | | Energia cinetica | metro al secondo (m/s) | | Velocità | joule (J) |
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Collega ogni situazione al segno del lavoro compiuto dalla forza indicata in grassetto. | Colonna A | Colonna B | |---|---| | La forza motrice di un'auto in accelerazione | Lavoro negativo | | L'attrito su una slitta che frena | Lavoro nullo | | La forza normale su una cassa che scivola in orizzontale | Lavoro positivo | | La forza peso su un libro che cade | Lavoro nullo | | La forza centripeta su un sasso in moto circolare uniforme | Lavoro positivo |
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Raddoppiando la velocità di un'auto, l'energia cinetica diventa:
- A) La metà
- B) Il doppio
- C) Il triplo
- D) Il quadruplo
- Una molla viene compressa di un valore x; se la comprimiamo di 3x, l'energia potenziale elastica diventa:
- A) 3 volte maggiore
- B) 6 volte maggiore
- C) 9 volte maggiore
- D) Resta invariata
- La forza di attrito è una forza conservativa, perché il suo lavoro non dipende dal percorso.
- Vero / Falso
- In un sistema isolato e senza attriti, l'energia meccanica totale si conserva durante il moto.
- Vero / Falso
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Una cassa di 25 kg viene spinta orizzontalmente con una forza costante di 80 N per uno spostamento di 6 m. Calcola il lavoro compiuto dalla forza, supponendo che la spinta sia parallela al pavimento.
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Un bambino tira un carrellino lungo il pavimento con una corda inclinata di 30° rispetto all'orizzontale, esercitando una forza di 50 N. Il carrellino si sposta di 4 m. Calcola il lavoro compiuto dalla forza della corda.
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Una palla di 0,4 kg viaggia a 15 m/s. Calcola la sua energia cinetica e dimmi a che velocità dovrebbe muoversi per avere energia cinetica doppia.
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Una pietra di 2 kg si trova su un balcone alto 8 m. Assumendo come riferimento il suolo e g = 9,8 m/s², calcola l'energia potenziale gravitazionale della pietra.
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Un blocco di 1,5 kg viene lasciato cadere da fermo da un'altezza di 5 m. Trascurando l'attrito dell'aria, calcola la velocità con cui arriva al suolo applicando la conservazione dell'energia meccanica.
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Una molla ideale ha costante elastica k = 200 N/m e viene compressa di 0,15 m. Calcola l'energia potenziale elastica immagazzinata e poi la velocità che acquisterebbe una pallina di 0,1 kg lanciata dalla molla (trascurando gli attriti).
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Un montacarichi solleva una cassa di 120 kg fino a 4 m di altezza in 8 secondi a velocità costante. Calcola il lavoro compiuto dal motore contro la forza peso e la potenza media sviluppata.
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Spiega con parole tue perché un cameriere che cammina in piano portando un vassoio carico non compie lavoro in senso fisico sul vassoio.
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Perché si dice che la forza peso è conservativa, mentre l'attrito non lo è? Riferisci la risposta al concetto di dipendenza dal percorso.
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Descrivi le trasformazioni di energia che avvengono durante un giro completo di altalena, partendo da fermo all'altezza massima, in due casi: (a) in assenza di attriti; (b) in presenza di attrito dell'aria e nei perni. Spiega che cosa cambia nel comportamento del sistema.
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Nella tua esperienza quotidiana, individua tre situazioni diverse in cui riconosci con chiarezza una trasformazione di energia (cinetica, potenziale gravitazionale, potenziale elastica). Per ciascuna descrivi quale forma di energia diminuisce e quale aumenta, e indica se il processo è approssimativamente conservativo oppure no, motivando la risposta.