la risoluzione dei problemi CM1
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la risoluzione dei problemi CM1
Fisica Ia – I Appello 4-2-2005 – Aule EF1-EF2-EF3-EF4 – Ore 14:00 Indicare sul proprio elaborato NOME e COGNOME e NUMERO DI MATRICOLA 1) la prova è valida se affrontata individualmente; ogni tipo di comunicazione, verificata durante o dopo la prova, comporta l’invalidazione della stessa. 2) la prova va affrontata senza alcun ausilio di libri di testo e/o appunti; sul banco devono trovare posto solo il testo della prova, i fogli forniti e una calcolatrice numerica; zaini e borse devono essere depositati lungo i corridoi laterali. 3) nella soluzione dei problemi, sempre fornire prima il procedimento ed il risultato simbolico e successivamente il risultato numerico; il testo deve essere scritto a penna e in forma leggibile; non verranno considerate soluzioni che risultano ambigue a causa di disordine o scrittura poco leggibile del candidato. Tempo a disposizione: 2h 1. Dimostrare che una sferetta di massa m che parte da ferma dal punto più alto di un cerchio verticale di raggio R = 5m impiega lo stesso tempo a scendere lungo una qualsiasi corda (supposta liscia). Dire se la velocità delle sferetta in fondo alle corde sarebbe la stessa per tutte le corde e giustificare la risposta. (si ricorda che ogni angolo alla circonferenza che sottende il diametro è un angolo retto) (5 punti) 2. Due corpi di uguale massa m = 2 kg scivolano appoggiati uno all’altro lungo un piano inclinato scabro con angolo α = 30° rispetto all’orizzontale. Il coefficiente di attrito del corpo B rispetto al piano inclinato è µB = 0.2 e quello del copro A vale µA = 0.4. Calcolare la forza esercitata da B su A. (7 punti) B A α 3. Un corpo di massa m = 500 g è sostenuto da due molle identiche di massa trascurabile e costante elastica k = 200 N/m. Le molle sono appese al soffitto e formano un angolo θ di 60°, come in figura. Calcolare l’allungamento delle molle all’equilibrio. Ad un certo istante la massa m viene spostata dalla posizione di equilibrio di 3 cm e poi viene rilasciata. Calcolare il periodo delle oscillazioni del sistema e la massima velocità della massa nel moto oscillatorio (7 punti) θ 4. Due stelle di massa M e M/2 distanti d ruotano su orbite circolari attorno al loro centro di massa. Calcolare l’energia totale del sistema costituito dalle due stelle. (7 punti) 5. Un proiettile di massa 50 g sparato orizzontalmente con velocità di 600 m/s si conficca in un blocco di massa pari ad 1 Kg inizialmente in quiete su un piano orizzontale liscio. Calcolare 1) la velocità finale del sistema proiettile-blocco; 2) l’energia perduta nell’urto. (6 punti) 6. Un’onda sinusoidale si propaga su una corda di densità lineare 10.0 g/m sottoposta ad una tensione di 2.00 N. In un certo punto della corda, x, l’ampiezza dell’onda varia come y = 5.00 sen(1.20 − 14.0t ) con y in cm e t in s. Quanto valgono la frequenza, la lunghezza d’onda e la posizione x ? (4 punti) Soluzioni Appello di Fisica IA 4-2-2005 Esercizio 1 N − P sin θ = 0 P cos θ = ma N = P sin θ mg cos θ a = m s = 2R cos θ = t = 2 R / g = 1.43[s] il tempo non dipende da θ 1 g cos θ t 2 2 v = g cos θ t = 2 cos θ Rg la velocità dipende da θ Esercizio 2 1 2 (µ A − µ B )mg cos α = S = 1,69 N a = g sin α − 1 (µ + µ )g cos α A B 2 (µ A − µ B )g cos α − 2S / m = 0 2g sin α − (µ A + µ B )g cos α = 2a g sin α − µ Bg cos α − S / m = a g sin α − µ A g cos α + S / m = a Esercizio 3 equilibrio − 2k∆L cos ω= 2k m Fel = k∆L Fel1 + Fel 2 + p = 0 ∑ Fy : − 2k∆Leq cos ϑ d2 y + mg = m 2 2 dt T = 2π ϑ 2 yeq = ∆Leq cos ) dy = − ω y max − yeq = dt max GM 2 v 2M = M rM 2d 2 GM 2 rM / 2 GM 2 = 6d 4d 2 ϑ mg = 2 2k ( m = 0.222 [s] 2k Esercizio 4 d 2d rM = rM / 2 = 3 3 EK M / 2 = y = ∆L cos ϑ + mg = 0 2 Ug = − GM 2 M v 2M / 2 = 2 rM / 2 2d 2 GM 2 2d E=− ∆Leq = m mg ϑ 2k cos 2 = 14.1[cm] d2y = −2k y − yeq dt 2 ( ) 2k d = 0.848 [m / s ] m EKM = 1 GM 2 rM GM 2 Mv 2M = = 2 12d 4d 2 GM 2 GM 2 GM 2 GM 2 GM 2 GM 2 + + =− + =− 2d 12d 6d 2d 4d 4d Esercizio 5 mv = (m + M )V V= mv = 28.6 [m / s] (m + M ) energia persa : ∆E = 1 2 1 mv − (m + M )V 2 = 8.57[kJ ] 2 2 Esercizio 6 v= k= T = µ 2.00 Nm = 14.1[m / s] 0.01Kg [ ] ω 14.0 s −1 = = 0.993 m −1 −1 v 14.1ms [ ] ω = 14.0 s −1 x= 1.20 = 1.21[m ] k f= ω = 2.23[Hz ] 2π λ= v = 6.32[m] f