Quesiti
- Una pallina è lasciata cadere dall’altezza di $1 \, \text{m}$ da terra. Perché, affinché la pallina ritorni all’altezza di partenza, il rimbalzo con il terreno non dovrebbe produrre alcun suono?
- Stima la variazione di energia potenziale gravitazionale di un canguro che salta (tra inizio del salto e apice). Cerca online i dati necessari, se non li conosci o non riesci a stimarli.
Quiz
- Un’auto procede alla velocità di $70 \, \text{km/h}$. Ad un certo punto, decelera fino a fermarsi. Considera il sistema formato dalla sola auto. Quale delle seguenti affermazioni è errata?
- (a) L’energia del sistema si è conservata.
- (b) L’energia dell’universo si è conservata.
- (c) La forza d’attrito tra ruote e asfalto ha compiuto un lavoro negativo sul sistema.
- (d) L’energia cinetica si è trasformata in energia termica.
- In quale dei seguenti casi il lavoro compiuto sul sistema $S$ è nullo?
- (a) Isaac spinge l’auto in panne, ma non riesce a muoverla. $S$ è il sistema auto.
- (b) Charles osserva il robot aspirapolvere attivarsi e iniziare a serpeggiare tra le sedie del salotto. $S$ è il sistema robot aspirapolvere.
- (c) L’insegnante di scienze motorie è colpito accidentalmente da un pallone, che dissipa parte della propria energia nell’urto. $S$ è il sistema Terra-pallone.
- (d) (b) e (c)
- (e) (a) e (c)
- In quale dei seguenti casi il lavoro della forza $F$ sul sistema $S$ è negativo?
- (a) Una valigia è trascinata con forza $F$ attraverso la hall di un albergo. $S$ è il sistema valigia.
- (b) Una gru esercita una forza $F$ per calare verso il basso un blocco di cemento a velocità costante. $S$ è il sistema Terra-blocco di cemento.
- (c) Un calciatore colpisce un pallone, inizialmente fermo, esercitando su di esso una forza $F$. Il pallone viene quindi messo in movimento. $S$ è il sistema Terra-Pallone.
- (d) La molla di una penna a scatto è mantenuta compressa dal dito di una persona, che esercita sulla molla una forza $F$. $S$ è il sistema molla.
- Emmy, annoiata dalla lezione di fisica, giocherella con il proprio skateboard miniaturizzato, spingendolo sulla superficie del suo banco per $25 \, \text{cm}$ ed esercitando una forza $\vec F$ di intensità $4{,}2 \, \text{N}$ con inclinazione di $60^\circ$ rispetto al banco. Il lavoro esercitato dalla forza $\vec F$ sul sistema skateboard ammonta a
- (a) $0{,}525 \, \text{J}$
- (b) $525 \, \text{J}$
- (c) $1050 \, \text{J}$
- (d) $1{,}050 \, \text{kJ}$
- In quali dei seguenti casi il lavoro della forza peso dell’oggetto A, di massa $5 \, \text{kg}$, ammonta a circa $+40 \, \text{J}$? Approssima $g \approx 10 \, \text{m/s}^2$.
- (a) L’oggetto A è sollevato di $0{,}8 \, \text{m}$.
- (b) L’oggetto A è trascinato orizzontalmente per $0{,}8 \, \text{m}$.
- (c) L’oggetto A è abbassato, a velocità costante, di $0{,}8 \, \text{m}$.
- (d) L’oggetto A discende lungo un piano inclinato lungo $1{,}6 \, \text{m}$, con pendenza $30^\circ$ (attenzione: ricava prima l’angolo tra forza peso e spostamento).
- (e) (a) e (b)
- (f) (c) e (d)
- Considera un lampadario che oscilla. Trascura l’attrito e scegli l’affermazione corretta.
- (a) L’energia cinetica è massima quando il lampadario transita nel punto più basso.
- (b) L’energia potenziale gravitazionale è massima quando il lampadario transita nel punto più basso.
- (c) L’energia potenziale gravitazionale è massima quando l’energia cinetica è nulla.
- (d) L’energia cinetica non è mai nulla.
- (e) (a) e (c)
- (f) (b) e (d)
- (g) Tutte le affermazioni sono corrette.
- Considera il sistema molla-Terra. La molla è inizialmente appoggiata sulla superficie della Terra, a riposo. Una persona comprime la molla, quindi
- (a) l’energia del sistema rimane costante, perché la forza elastica è conservativa.
- (b) l’energia del sistema aumenta.
- (c) sul sistema è compiuto un lavoro negativo, perché la molla è diminuita in lunghezza.
- (d) tutte le precedenti risposte sono errate.
- Due corpi (1 e 2) di massa rispettivamente $m_1$ e $m_2$ (dove $m_1$ è maggiore di $m_2$) sono lanciati verso l’alto alla medesima velocità. Siano $h_1$, $h_2$ le altezze massime raggiunte dai due corpi e $E_1$, $E_2$ le rispettive energie. Trascura l’attrito e scegli la risposta esatta.
- (a) $E_1 > E_2$, $h_1 < h_2$, perché il corpo 1 ha massa maggiore.
- (b) $E_1 > E_2$ perché $m_1 > m_2$, ma $h_1 = h_2$.
- (c) $E_1 = E_2$, $h_1 = h_2$, perché la massa non ha influenza sui moti di caduta o lancio verso l’alto.
- (d) Inizialmente $E_1 > E_2$ perché il corpo 1 ha massa maggiore, ma $E_1 = E_2 = 0$ quando i due corpi raggiungono l’altezza massima.
Problemi
1. Skatepark
Sabrina (massa $m = 64 \, \text{kg}$) si sta allenando in uno skatepark e procede sullo skateboard alla velocità $v = 19{,}8 \, \text{km/h}$. Raggiunto un quarter-pipe, lo risale fino a $1{,}4 \, \text{m}$ di altezza.
- Disegna un diagramma dell’energia, tenendo conto dell’attrito.
- Calcola l’energia dissipata dall’attrito con la rampa.
2. Splash!
Bob (massa $55 \, \text{kg}$) si trova in cima ad una scogliera a picco sul mare alta $5{,}2 \, \text{m}$. Ad un certo punto, Bob si tuffa in mare. Trascura il salto iniziale e l’attrito con l’aria.
- Disegna un diagramma dell’energia.
- Calcola la velocità di Bob al momento del contatto con l’acqua.
- La velocità di Bob al contatto con l’acqua dipende dalla sua massa?
3. Pinball
In un flipper, la pallina ha massa $80 \, \text{g}$ ed è messa in gioco tramite un’asta a molla. Il giocatore tira l’asta e comprime la molla di $5{,}2 \, \text{cm}$. Una volta rilasciata, la molla torna nella posizione di riposo e lancia la pallina alla velocità di $2{,}0 \, \text{m/s}$.
- Disegna un diagramma dell’energia.
- Calcola la costante elastica della molla.
Una volta lanciata, la pallina risale lungo la superficie del flipper, inclinata di $6{,}1^\circ$, subendo una forza d’attrito che dissipa $0{,}035 \text{ J}$ di energia.
- Calcola l’altezza massima raggiunta dalla pallina.
- Calcola la forza d’attrito a cui è stata soggetta la pallina durante la risalita.
Esercizio Bonus
Si dice solitamente che l’energia potenziale è energia immagazzinata, come nel caso dell’energia potenziale gravitazionale dell’acqua trattenuta da una diga. L’energia cinetica può essere considerata energia immagazzinata? Spiega.