Fisica - Scuola secondaria di secondo grado Energia Conservazione dell'energia Conservazione dell'energia meccanica

10. Lavoro, energia e leggi di conservazione

20 esercizi

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Una forza F è applicata su un oggetto che subisce uno spostamento s. Il vettore forza e il vettore spostamento sono separati da un angolo θ. Quale delle seguenti affermazioni descrive correttemente tutte le condizioni in cui la forza produce un lavoro nullo?

A: O la forza è nulla, o l'angolo vale 90°.

B: O la forza è nulla, o è nullo lo spostamento, o l'angolo vale 90°.

C: O lo spostamento è nullo, o l'angolo vale 90°.

D: O la forza è nulla, o è nullo lo spostamento.

E: O la forza è nulla, o è nullo lo spostamento, o l'angolo vale 180°.

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Un'automobile di massa 1650 kg viaggia a 27,0 m/s. A che velocità dovrebbe correre un ciclista, la cui massa complessiva (bicicletta compresa) è 91,0 kg, per avere la stessa energia cinetica dell'auto?

v = ________ m/s

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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Una particella è sottoposta all'azione di due forze, F₁ ed F₂. Di conseguenza, il modulo della velocità della particella aumenta.
Quale delle seguenti affermazioni NON è compatibile con la situazione descritta?

A: Il lavoro fatto da ciascuna forza è positivo.

B: Il lavoro fatto da ciascuna forza è negativo.

C: Il lavoro fatto da F₁ è positivo e il lavoro fatto da F₂ è negativo.

D: Il lavoro fatto da F₁ è nullo e il lavoro fatto da F₂ è positivo.

E: Il lavoro fatto da F₁ è positivo e il lavoro fatto da F₂ è nullo.

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La resistenza dell'aria è una forza non conservativa che si oppone al moto di un oggetto. Un aeroplano vola da Palermo a Milano e poi torna al punto di partenza. Il lavoro netto fatto dalla resistenza dell'aria durante il tragitto è:

A: positivo.

B: negativo.

C: zero.

D: negativo per le velocità più piccole e positivo per le velocità più grandi.

E: negativo per le velocità più grandi e positivo per le velocità più piccole.

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Una pallina è fissata a un capo di uno spago che è legato, all'altro capo, a un anello P sporgente dal soffitto. Come mostra il disegno, la pallina è lanciata in avanti dal punto A, con una velocità iniziale v₀. Dopo una traiettoria di forma circolare, la pallina rallenta e si ferma nel punto B.
Che cosa rende possibile alla pallina raggiungere il punto B che è più in alto di A?
Trascura gli attriti e la resistenza dell'aria.

A: L'energia cinetica iniziale della pallina.

B: L'energia potenziale gravitazionale iniziale della pallina.

C: Il lavoro fatto dalla forza gravitazionale.

D: Il lavoro fatto dalla tensione dello spago.

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Un ciclista sta correndo alla velocità di 19,0 m/s ad un'altezza di 55,0 m sopra il livello del mare, quando inizia a scendere lungo un pendio. La massa del ciclista e quella della bicicletta unite valgono 88,0 kg. Puoi utilizzare il livello del mare come livello zero dell'energia potenziale gravitazionale. Trascurando gli attriti e la resistenza dell'aria, quanto vale l'energia meccanica totale quando il ciclista raggiunge l'altezza di 25,0 m sopra il livello del mare?

A: 4,18 x 10⁴ J.

B: 4,74 x 10⁴ J.

C: 1,59 x 10⁴ J.

D: 6,33 x 10⁴ J.

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Un modellino di auto (0,50 kg) corre su una pista senza attriti e ha un'energia cinetica iniziale di 2,2 J, come mostra il disegno. I numeri sotto ciascuna collina indicano l'altezza della vetta. Quali colline è in grado di superare il modellino?

A: A, B, C, D ed E.

B: A e B.

C: A, B, C e D.

D: A, B e C.

E: A.

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Partendo da fermo dall'alto di uno scivolo ad acqua, un bimbo discende e accelera lungo la rampa e infine cade in una piscina ai piedi dello scivolo alla velocità di 5,00 m/s. Accanto al primo, esiste un secondo scivolo alto esattamente il doppio. A che velocità precipita nella piscina il bambino alla fine di una caduta dal secondo scivolo? Ignora l'attrito e la resistenza dell'aria e dell'acqua degli scivoli.

v_f = ________ m/s

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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Un paracadutista di massa 92,0 kg scende in caduta verticale con il paracadute aperto per un tratto verticale di 325 m. Durante la caduta, la velocità rimane costante. A quanto ammonta il lavoro compiuto dalla resistenza dell'aria, la sola forza non conservativa che agisce sul paracadutista?

A: +2,93 x 10⁵ J.

B: La risposta non può essere ricavata, perché le informazioni sul paracadutista sono insufficienti.

C: 0 J.

D: -2,93 x 10⁵ J.

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Un'automobile di massa 915 kg, parte da ferma ai piedi di una salita e, quando si trova 0,600 m al di sopra del livello di partenza, raggiunge la velocità di 3,00 m/s. L'attrito e la spinta del motore sono le sole due forze non conservative presenti. L'attrito ha compiuto un lavoro pari a -2870 J. Quanto lavoro ha compiuto il motore?

L_motore = ________ J

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Durante il servizio, una pallina da tennis è accelerata dalla condizione di riposo fino alla velocità di 45,0 m/s. La potenza media generata durante il movimento è 2920 W. Assumendo che l'accelerazione della pallina sia costante per tutto il servizio, trova la forza che agisce sulla pallina.

F = ________ N

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Due automobili identiche viaggiano con velocità di modulo uguale. Una delle due è diretta a est, mentre l'altra è diretta a nord, come illustra il disegno. Quale delle seguenti affermazioni sulle energie e le quantità di moto delle auto è vera?

A: Hanno energie cinetiche e quantità di moto identiche.

B: Hanno energie cinetiche differenti e quantità di moto identiche.

C: Hanno energie cinetiche e quantità di moto differenti.

D: Hanno energie cinetiche identiche e quantità di moto differenti.

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Sei atleti hanno la massa (espressa in multipli di m₀), il modulo della velocità (espresso in multipli di v₀) e la direzione di moto che sono indicati nella tabella. Quale coppia di atleti ha la stessa quantità di moto?

A: D ed F

B: B e C

C: A ed E

D: C e D

E: A e C

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Un'atleta specialista del salto in alto, dopo avere superato l'asticella, ricade sul materasso ad aria che rallenta e ferma la caduta. Se l'atleta fosse caduta direttamente sul suolo rigido della pista, il tempo di arresto sarebbe stato molto più breve. Usando il teorema dell'impulso come guida, determina quale delle seguenti affermazioni è vera.

A: Il materasso esercita sulla saltatrice lo stesso impulso del suolo nudo, ma una forza media totale maggiore.

B: Il materasso esercita sulla saltatrice lo stesso impulso del suolo nudo, ma una forza media totale minore.

C: Il materasso esercita sulla saltatrice un impulso maggiore del suolo nudo e una forza totale media minore.

D: Il materasso esercita sulla saltatrice un impulso e una forza totale media maggiori del suolo nudo.

E: Il materasso esercita sulla saltatrice un impulso e una forza totale media minori del suolo nudo.

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Un'atleta specialista di salto in alto supera l'asticella e raggiunge una velocità di -6,00 m/s immediatamente prima di affondare nel materasso ad aria. La massa della saltatrice è 54,0 kg. Quali sono il modulo e il verso dell'impulso che il materasso esercita sull'atleta? Assumi che il verso positivo sia quello rivolto in alto.

I_vert = ________ kg

\cdot

m/s

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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Una particella si muove lungo l'asse +x e il grafico ne mostra la quantità di moto p in funzione del tempo t. Usa il teorema dell'impulso ed elenca le tre regioni del grafico in ordine decrescente in base al modulo dell'impulso applicato alla particella.

A: A e C (a pari merito), B.

B: C, A, B.

C: A, C, B.

D: B, A, C.

E: A, B, C.

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La quantità di moto di un sistema di oggetti si conserva se il sistema è isolato. Quale dei seguenti sistemi può essere considerato isolato?
1: Una palla lasciata cadere dalla cima di un palazzo. Il sistema è composto dalla sola palla.
2: Una palla lasciata cadere dalla cima di un palazzo. Il sistema composto dalla palla e dalla Terra.
3: Una palla da biliardo che urta una seconda palla su un tavolo completamente privo di attrito. Il sistema è composto dalla sola palla.
4: Un'automobile che rallenta e si ferma in panne nella corsia di emergenza. Il sistema è composto dalla sola auto.
5: Una sonda spaziale che si muove nello spazio dove la gravitazione e le altre forze sono trascurabili. Il sistema è composto dalla sola sonda.

A: Solo i sistemi 1 e 3 sono isolati.

B: Solo il sistema 5 è isolato.

C: Solo i sistemi 4 e 5 sono isolati.

D: Solo i sistemi 2 e 5 sono isolati.

E: Solo i sistemi 3 e 5 sono isolati.

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I due oggetti rappresentati nel disegno si muovono inizialmente nella stessa direzione, con verso opposto. Entrambi poggiano su una superficie priva di attrito, e non subiscono quindi l'effetto di forze esterne. I due blocchi entrano in collisione e quindi si allontanano l'uno dall'altro. Quale dei seguenti insiemi di valori della quantità di moto dei due oggetti, prima e dopo l'urto, è fisicamente possibile?
Legenda: q, quantità di moto; ₁ e ₂, indici relativi al primo e al secondo blocco rispettivamente; _p e _d, indici relativi al moto prima e dopo l'urto rispettivamente.

A: q_1,p = +16 kg m/s; q_2,p = -16 kg m/s;
q_1,d = +8 kg m/s; q_2,d = +12 kg m/s.

B: q_1,p = +16 kg m/s; q_2,p = -6 kg m/s;
q_1,d = +4 kg m/s; q_2,d = +10 kg m/s.

C: q_1,p = +6 kg m/s; q_2,p = -14 kg m/s;
q_1,d = -6 kg m/s; q_2,d = +14 kg m/s.

D: q_1,p = +12 kg m/s; q_2,p = -28 kg m/s;
q_1,d = -8 kg m/s; q_2,d = -10 kg m/s.

E: q_1,p = +12 kg m/s; q_2,p = -2 kg m/s;
q_1,d = -4 kg m/s; q_2,d = +14 kg m/s.

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Due oggetti subiscono una collisione elastica.
Quale dei seguenti insiemi di valori dell'energia cinetica dei due oggetti, prima e dopo l'urto, è fisicamente possibile?
Legenda: K, energia cinetica; ₁ e ₂, indici relativi al primo e al secondo oggetto rispettivamente; _p e _d, indici relativi al moto prima e dopo l'urto rispettivamente.

A: K_1,p = 8 J; K_2,p = 6 J; K_1,d = 16 J; K_2,d = -2 J.

B: K_1,p = 15 J; K_2,p = 0 J; K_1,d = 10 J; K_2,d = 9 J.

C: K_1,p = 8 J; K_2,p = 6 J; K_1,d = 10 J; K_2,d = 4 J.

D: K_1,p = 3 J; K_2,p = 8 J; K_1,d = 2 J; K_2,d = 6 J.

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Due oggetti subiscono una collisione unidimensionale completamente anelastica. La forza esterna totale agente su di essi è zero.
Quale dei seguenti insiemi di valori della quantità di moto e dell'energia cinetica degli oggetti che costituiscono il sistema, prima e dopo l'urto, è fisicamente possibile?
Legenda: q, quantità di moto; K, energia cinetica; ₁ e ₂, indici relativi al primo e al secondo blocco rispettivamente.

A: Prima: q₁ = +8 kg m/s; q₂ = -2 kg m/s; K₁ = 5 J; K₂ = 7 J. Dopo: q = +6 kg m/s; K = 12 J.

B: Prima: q₁ = -3 kg m/s; q₂ = +4 kg m/s; K₁ = 1 J; K₂ = 6 J. Dopo: q = +1 kg m/s; K = 4 J.

C: Prima: q₁ = +6 kg m/s; q₂ = 0 kg m/s; K₁ = 15 J; K₂ = 0 J. Dopo: q = +8 kg m/s; K = 9 J.

D: Prima: q₁ = 0 kg m/s; q₂ = -8 kg m/s; K₁ = 3 J; K₂ = 8 J. Dopo: q = -8 kg m/s; K = 11 J.

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