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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010. CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica. II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì. Numero progressivo: 154 ξ = 37 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 1 Matricola: 0000152136 Cognome e nome: Ricci Antonio Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, -(operatore binario), , sin, cos, , , d dt , ecc.). Il simbolo - può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi. 1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazione diminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t)= L t+T e a (t)= kL (t+T ) 2 , dove L = ξ m, T =2s e k =1+ 1000 ξ . Trovare: (a ) lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s;(b ) il raggio di curvatura della traiettoria, dopo ξ s. Spostamento lungo la traiettoria [m]: Raggio di curvatura [m]: 2. Uno sciatore si trova fermo nel punto mediano di un ponte avente raggio di curvatura ρ =2 ( 1 + 10 2 ξ ) m (vedi figura). Sia R (0) n il modulo della reazione vincolare che deve esercitare il ponte in queste condizioni. Determinare il rapporto r = Rn R (0) n dove R n è la reazione vincolare che deve esercitare il ponte quando lo stesso sciatore transita per il suo punto mediano con moto uniforme e velocità di modulo v = ( 1 + 10 2 ξ ) m/s. Rapporto r = Rn R (0) n [adimensionale]: 3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a t PEN = 78.5 C e il suo calore latente di vaporizzazione è c l = 885 J/g.(a ) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperatura t e per farlo evaporare. (b ) Calcolare la variazione di entropia ΔS di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazione alla temperatura t e , e specificare se essa è positiva, negativa o nulla. Calore Q [J]: Variazione di entropia ΔS [J/K]: g =9.80665 m/s 2 =6.6742 × 10 11 m 3 kg 1 s 2 ,R =8.314 J mol 1 K 1 , 0 C 273.15 K,p T (H 2 O) = 273.16 K. Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 154 ξ = 37 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 1Matricola: 0000152136 Cognome e nome: Ricci Antonio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Uno sciatore si trova fermo nel punto mediano di un ponte avente raggio di curvatura ρ = 2(

1 + 10−2ξ)

m (vedi figura).

Sia R(0)n il modulo della reazione vincolare che deve esercitare il ponte in queste condizioni. Determinare il rapporto r = Rn

R(0)n

dove Rn è la reazione vincolare che deve esercitare il ponte quando lo stesso sciatore transita per il suo punto mediano conmoto uniforme e velocità di modulo v =

(

1 + 10−2ξ)

m/s.

Rapporto r = Rn

R(0)n

[adimensionale]:

3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a tPEN = 78.5 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazione ècl = 885 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperaturate per farlo evaporare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazionealla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 136 ξ = 144 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 5Matricola: 0900028987 Cognome e nome: Nanni Maria Rosa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontale egiacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) un discorigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticale nel punto O, conb = 1

1000 ξr. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandola positiva se concorde alla velocitàprima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare del disco subito dopo l’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare del disco subito dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = nRT − ε

V 2+cost., dove n = 4.0 mol

e ε = 10−2 J m6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 8 ξ = 251 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 7Matricola: 0000192837 Cognome e nome: Bassi Matteo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. La posizione iniziale di un pendolo — costituito da un filo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza l cui è sospesoun punto materiale di massa m — forma un angolo α con la verticale. Determinare l’angolo α in modo che la tensione delfilo nel punto più basso della traiettoria sia, in modulo, pari a ‖ ~R‖ = (2 + 10−3ξ)m g.

Angolo α [◦]:

3. Un recipiente cilindrico, dotato di una base mobile (pistone) contiene 3 moli di gas perfetto biatomico alla temperaturati = 0 ◦C. Mediante lo spostamento del pistone, si comprime quasi staticamente il gas, riducendone il volume dal valoreiniziale Vi = 2 ℓ al valore finale Vf = 1

1000 ξ ℓ. Se la capacità termica del contenitore è Cc = 110 ξ R, supponendo che il

contenitore non scambi calore con sistemi esterni, calcolare la temperatura finale del gas.

Temperatura finale del gas tf [◦C]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

VC

cC

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 90 ξ = 358 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 10Matricola: 0000652254 Cognome e nome: Greco Daniela

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. La lastra rettangolare mostrata nella figura ha base L = 120 ξ m e altezza H = 10 m. Inoltre, nel sistema di coordinate

mostrato nella figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1xy, dove c0 = 3 kg/m2 e c1 = 8 kg/m4.Determinare il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 3 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT , con a = 10−5ξ K−1. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 54 ξ = 465 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 12Matricola: 0000848339 Cognome e nome: Fabbri Matilde

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Un punto materiale di massa m viene lanciato lungo il profilo rigido e liscio di raggio R = (1+10−2ξ) m mostrato in figura,con una velocità iniziale di modulo v0 =

(3 + 10−3ξ) g R. Determinare in quale punto del profilo la reazione vincolare ènulla (si determini la quota h di tale punto da terra).

Quota h [m]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova inizialmente nello stato

1, a pressione p1 = 400 Pa e volume V1 = 50 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che ne triplica la pressione; (2 → 3) trasformazione isoterma che ne triplica il volume. Calcolare lavariazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 50 ξ = 572 Turno: 1 Fila: 2 Posto: 14Matricola: 0000516618 Cognome e nome: Degli Esposti Annamaria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Una ruota di massa M = 10 kg (vedi figura), il cui momento di inerzia, rispetto al proprio asse vale Io = M2

(

r2 + R2)

conR = 50 cm e r = 1

2000 ξ R, viene lanciata su di un piano orizzontale, in presenza di attrito dinamico. All’istante del lancio lavelocità del centro di massa della ruota ha modulo v0 = 10 m/s e la ruota ha soltanto moto traslatorio. Se tr è l’istante in

cui il moto diventa di puro rotolamento, determinare il rapporto ρ = vG(tr)v0

fra il modulo della velocità del centro di massadella ruota in tale istante e il modulo della velocità iniziale del centro di massa.

Rapporto ρ [adimensionale]:

3. Un sistema termodinamico è costituito da n = 7 mol di freon (C Cl2 F2). Calcolare il lavoro compiuto dal sistemase esso subisce un’espansione isoterma quasi-statica alla temperatura T =

(

250 + 110ξ

)

K che lo porta dal volume iniziale

Vi = 10 ℓ al volume finale Vf =(

1 + 1100 ξ

)

Vi, nelle seguenti due ipotesi: (a) il sistema è un gas ideale; (b) il sistema è un

fluido che segue l’equazione di Van der Waals, con costante della pressione interna a = 1.078 J m3 mol−2 e covolume molareb = 9.98 ·10−5 m3 mol−1.

Lavoro compiuto (gas ideale) [J]:

Lavoro compiuto (gas di Van der Waals) [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

R

r

r

v0

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 114 ξ = 679 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 1Matricola: 0000852322 Cognome e nome: Mariani Elisa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di un disco rigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticalenel punto O, con b = 1

1000 ξr. Determinare e la velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Quattro moli di gas perfetto monoatomico compiono un ciclo termodinamico, composto dalle tre seguenti trasformazioniquasi statiche: 1 → 2 isoterma a temperatura T1 =

(

20 + 12 ξ

)

K; 2 → 3 isobara con V3 = 1 m3; 3 → 1 isocora. Calcolare ilrendimento η del ciclo sapendo che p2 = 100 Pa.

Rendimento [numero puro]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 18 ξ = 786 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 3Matricola: 0000854218 Cognome e nome: Bianco Federica

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1x, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m3. Determinare ilmomento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Il punto di fusione normale del piombo è pari a tPFN = 327 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 23 J/g. (a) Calcolareil calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di piombo solido a temperatura tf per farlo fondere. (b) Calcolarela variazione di entropia ∆S di una massa m di piombo durante la fusione alla temperatura tf , e specificare se essa è positiva,negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 156 ξ = 893 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 5Matricola: 0000147620 Cognome e nome: Rimondi Raffaele

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Un filo sottile, di massa trascurabile, è avvolto attorno a un rullo cilindrico pieno, di massa m = 100 g e raggio r = 2 cm.Il filo passa nella gola di una carrucola di massa trascurabile e priva di attrito e sostiene un blocco di massa M = 50 g.Il cilindro rotola senza strisciare su di un piano inclinato, di inclinazione α = 9

100 ξ◦ Determinare: (a) l’accelerazione delcilindro; (b) la tensione del filo.

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Tensione del filo [N]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1,

con pressione p1 = 60 Pa e volume V1 = 108 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (140 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma; (3 → 1) trasformazione isobarache chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

a

m Mr

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 164 ξ = 30 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 7Matricola: 0000858116 Cognome e nome: Romano Silvia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Dato il disco sottile e omogeneo di raggio R = ξ m e massa m = 200 g, mostrato nella figura, calcolarne il momentod’inerzia rispetto a un suo diametro.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 2nRT − εp + cost., doven = 2.0 mol e ε = 2 · 10−2 J/Pa. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 165 ξ = 137 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 10Matricola: 0000855679 Cognome e nome: Romeo Teresa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) unasbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso piano verticale nelpunto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandolapositiva se concorde alla velocità prima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare della sbarra subito dopol’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare della sbarra subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Un recipiente è costituito da una cavità cilindrica adiabatica entro cui possono scorrere senza attrito due pistoni, anch’essiadiabatici e soggetti alla pressione atmosferica. Il volume tra i due pistoni è suddiviso in due parti da una parete diatermicafissa. La parte (1), a sinistra della parete diatermica, è riempita con n1 = 2 mol di gas perfetto biatomico, mentre la parte(2), a destra della parete diatermica, è riempita con n2 =

(

2 + 1500 ξ

)

mol di gas perfetto monoatomico. Se il gas (2) viene

compresso in maniera quasi-statica finché il suo volume diventa un terzo di quello iniziale, calcolare il rapporto ρ =V1f

V1i

tra

il volume finale e il volume iniziale del gas (1).

Rapporto ρ [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 67 ξ = 244 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 12Matricola: 0000156178 Cognome e nome: Fiorini Salvatore

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una sfera rigida, omogenea, di centro A, raggio R = 4 cm e massa M = 250 g, inizialmente in quiete, è urtata da un’altrasfera rigida, omogenea, di centro B, raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, che un attimo prima dell’urto trasla con unavelocità nota ~w di modulo pari a w = 100 cm/s. L’urto è perfettamente elastico e non c’è attrito tra le superfici delle duesfere. Se la distanza di A dalla retta passante per B e parallela a ~w subito prima dell’urto è pari a d = 7ξ

1000 cm (vedi figura),determinare gli angoli α (∈ [0, 90◦[ ) e β (∈ [0, 180◦] ) che le velocità delle due sfere formano con quella iniziale ~w della sferaB.

Angolo α (sfera A) [◦]:

Angolo β (sfera B) [◦]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 4 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T, con a = ξ K. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ e

la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

wr

Br

AR

d

m

M

wr

r

v

Vr

ab

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 177 ξ = 351 Turno: 1 Fila: 4 Posto: 14Matricola: 0000650411 Cognome e nome: Sarti Ines

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Data la lastra a forma di triangolo rettangolo mostrata nella figura, omogenea e di massa m = ξ g, alta H = 10 cm e conl’angolo α = π

6 rad, determinarne il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 1100 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale con pressione

pi = 25 Pa e volume Vi = 64 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche che lo portano allo statofinale, con pressione pf = 30 Pa e volume Vf = 78 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 187 ξ = 458 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 1Matricola: 0000152334 Cognome e nome: Tonelli Davide

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di una sbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso pianoverticale nel punto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità angolare della sbarra (con il puntoconficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare della sbarra (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 11000 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1 K−1, alla temperatura

T1 = (10 + 2ξ) ◦C, è lasciato cadere nell’acqua del mare, a temperatura T2 = 10 ◦C. Trovare: (a) quanto varia l’entropiadel blocco di ferro nel raggiungimento dell’equilibrio termico; (b) quanto varia l’entropia del mare nel raggiungimentodell’equilibrio termico; (c) quanto varia l’entropia dell’universo nel raggiungimento dell’equilibrio termico. Si supponga cheil blocco e il mare non scambino calore con altri sistemi.

Variazione dell’entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione dell’entropia del mare [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 166 ξ = 565 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 3Matricola: 0000650904 Cognome e nome: Rossetti Eleonora

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un sistema binario è costituito da due stelle che si muovono su orbite circolari, a distanza rispettivamente d1 = 8 · 104 kme d2 = 6 · 105 km dal centro di rivoluzione del sistema, con un periodo T = ξ giorni. Determinare le masse delle due stelle.

Massa della stella più massiva M1 [kg]:

Massa della stella meno massiva M2 [kg]:

3. Un sistema termodinamico è costituito di quattro grammi di elio, inizialmente nello stato 1, caratterizzato dalla pressionep1 = ξ Pa e dalla temperatura T1 =

(

30 + 110ξ

)

K. Il sistema subisce dapprima una trasformazione isobara fino a raggiungerelo stato 2, in cui il volume è raddoppiato; a questo punto una trasformazione adiabatica quasi-statica porta il sistema allostato finale 3, con temperatura T3 = 2

3T1. Calcolare la pressione finale p3 del sistema e i lavori L1→2 e L2→3 compiuti dalsistema nelle due trasformazioni.

Pressione finale p3 [Pa]:

Lavoro L1→2 [J]:

Lavoro L2→3 [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 77 ξ = 672 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 5Matricola: 0000879583 Cognome e nome: Gasparini Milena

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un punto materiale, di massa m = 100 g è appoggiato su di un cuneo liscio, di massa M1 = 1100 ξm e angolo α = 10◦. Il

cuneo, a sua volta, è vincolato a scorrere senza attrito su di un piano orizzontale liscio. Supponendo che inizialmente tuttosia in quiete e che il punto materiale si trovi a un’altezza h0 = 50 cm rispetto al piano orizzontale, calcolare: (a) la velocitàdi traslazione del cuneo quando il punto materiale è sceso sul piano orizzontale; (b) supponendo poi che il punto, una voltaraggiunto il piano orizzontale, incontri un secondo cuneo liscio, di massa M2 = 4m e angolo β = 20◦, anch’esso libero discorrere senza attrito sul piano orizzontale, calcolare la massima altezza h raggiunta dal punto materiale sul secondo cuneo.

Velocità di traslazione del cuneo [cm/s]:

Altezza raggiunta dal punto sul secondo cuneo [cm]:

3. Il punto di ebollizione normale dell’anidride solforosa è pari a tPEN = −10.0 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazioneè cl = 389 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di anidride solforosa gassosa atemperatura te per farla condensare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di anidride solforosa durantela condensazione alla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

a b

h0

M1

M2

m

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 163 ξ = 779 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 7Matricola: 0000847737 Cognome e nome: Romagnoli Ida

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1y2, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m4. Determinare il

momento d’inerzia della lastra rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

88 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 110 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (160 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione adiabatica; (3 → 4) trasformazioneisobara che chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 94 ξ = 886 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 10Matricola: 0000160258 Cognome e nome: Hossain Christian

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Calcolare la velocità di fuga da un pianeta di massa M = 1024 kg e raggio R =(

ξ2 × 104)

m.

Velocità di fuga [m/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 3nRT + εV 2 + cost., doven = 12.0 mol e ε = 3 · 108 J m−6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume inizialeVi = 1 dm3, raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 1100 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 10 ξ = 23 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 12Matricola: 0000854335 Cognome e nome: Bellini Marta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, rotola senza strisciare su di un piano orizzontale,soggetto all’azione della forza costante ~F , di modulo pari a F = ξ N, parallela al piano orizzontale, applicata al centrodi massa del rullo e perpendicolare a al suo asse (vedi figura). Determinare l’accelerazione del centro di massa del rullo(supponendo che l’attrito volvente sia trascurabile).

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara ottenuta ponendo in contattoil sistema con un termostato a temperatura T2 incognita; 2 → 3: espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocorodella temperatura ottenuto ponendo in contatto il sistema con un termostato a temperatura T4 incognita; 4 → 1: compressioneadiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e che V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η delciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo, ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo, ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1

Fr

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 95 ξ = 130 Turno: 1 Fila: 6 Posto: 14Matricola: 0000154218 Cognome e nome: Lambertini Claudio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Il disco sottile mostrato nella figura ha raggio R = ξ m e densità superficiale di massa σ (r) = σ0 + cr, dove c = 5 kg/m3 eσ0 = 4 kg/m2. Determinare il momento d’inerzia del disco rispetto a un asse perpendicolare al disco e passante per il centrodel disco stesso.

momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 5 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 2, con a = 10−8ξ K−2. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 198 ξ = 237 Turno: 1 Fila: 8 Posto: 1Matricola: 0000155679 Cognome e nome: Zanetti Sergio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Due sfere omogenee, entrambe di raggio R = 1 cm, aventi la medesima massa m = 100 g, scendono lungo un pianoinclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad: la prima strisciando senza rotolare in assenza di ogni forma di attrito, la secondarotolando senza strisciare, in assenza di attrito volvente. Determinare le accelerazioni dei centri di massa delle 2 sfere.

Accelerazione della sfera che striscia[

m/s2]

:

Accelerazione della sfera che rotola[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da m = 110 ξ g di elio, si trova inizialmente nello stato 1, con pressione p1 = 75 Pa

e volume V1 = 30 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche. La prima, (1 → 2), è unatrasformazione isobara che lo porta al volume V2 = 40 m3. La seconda, (2 → 3), è una trasformazione adiabatica che lo portaal volume V3 = 80 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a a

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 100 ξ = 344 Turno: 1 Fila: 8 Posto: 3Matricola: 0000117243 Cognome e nome: Lodi Marcello

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Un razzo, di massa a vuoto pari a M0 = 20 kg, è rifornito con una quantità di gas pari a Mg0 =(

110 ξ + 10

)

kg. All’istanteiniziale il razzo inizia a espellere il gas contenuto al suo interno verso il basso, con velocità costante vg, e rateo costante dimassa espulsa per unità di tempo pari a k = 10 kg/s. Determinare la minima velocità di espulsione del gas vg affinché ilrazzo inizi a sollevarsi nel momento in cui si accende il motore.

Velocità minima [m/s]:

3. Un blocco di ghiaccio di massa m = 110 ξ g a temperatura tg = 0.0 ◦C viene gettato in un lago, la cui acqua si trova alla

temperatura tl = 15.0 ◦C. Determinare, la variazione di entropia del ghiaccio, del lago e dell’universo nel raggiungimentodello stato di equilibrio (si prenda il calore latente di fusione del ghiaccio pari a cf = 333 kJ/kg e il calore specifico dell’acquapari a c = 4.186 kJ kg−1 K−1).

Variazione dell’entropia del blocco di ghiaccio [J/K]:

Variazione dell’entropia del lago [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 155 ξ = 451 Turno: 1 Fila: 8 Posto: 5Matricola: 0000175258 Cognome e nome: Righi Giovanni

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Una palla da biliardo cava, di raggio r = 3 cm, massa m = 300 g e momento di inerzia rispetto a un asse passanteper il centro pari a (0.4 + 0.0002× ξ)mr2, è colpita centralmente con una stecca (asse della stecca passante per il centrodella palla), acquistando in questo modo una velocità iniziale v0 = ξ

10 cm/s (moto di pura traslazione). Il coefficiente diattrito radente dinamico del biliardo è µ = 0.1, mentre l’attrito volvente è trascurabile. Calcolare (a) la velocità e (b) lospostamento della palla nell’istante in cui essa smette di strisciare sul tavolo (cioè nell’istante in cui il moto diventa un motodi rotolamento puro).

Velocità [cm/s]:

Spostamento [cm]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volume V1 =1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: (1 → 2) espansione isobara ottenuta ponendo in contatto ilsistema con un termostato a temperatura T2 incognita; (2 → 3): espansione adiabatica quasi-statica; (3 → 4): abbassamentoisocoro quasi-statico della temperatura; (4 → 1): compressione adiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e

V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c)la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

0

r

v

Esercizio n. 2

1 2

3

V

p

4

adiabaticaquasi-statica

adiabatica

quasi-statica

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 132 ξ = 558 Turno: 1 Fila: 8 Posto: 7Matricola: 0000888738 Cognome e nome: Monti Silvana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Un pacco pesante, di massa m = 80 kg, è trascinato su di un pavimento orizzontale mediante una fune, tesa a un angoloα = 1

2000 ξπ rad rispetto all’orizzontale. Il coefficiente di attrito dinamico tra pacco e pavimento è pari a µ = 0.4. (a) Qualeforza deve essere esercitata sulla fune affinché il moto sia uniforme? (b) Quale forza deve essere esercitata sulla fune affinchéil moto sia uniformemente accelerato con accelerazione a = 2 m/s2?

Forza necessaria per il moto uniforme [N]:

Forza necessaria per il moto uniformemente accelerato [N]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 4nRT +ε

p2+ cost., dove

n = 4.0 mol e ε = 4 · 1012 J Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a

m

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 9 ξ = 665 Turno: 1 Fila: 8 Posto: 10Matricola: 0000612690 Cognome e nome: Bassi Nicoletta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Tre corpi omogenei, una sfera, un cilindro e un tubo di spessore trascurabile, tutti di raggio R = 2 cm, e aventi la medesimamassa m = 300 g, scendono lungo un piano inclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad, rotolando senza strisciare, in assenzadi attrito volvente e con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse. Determinare le accelerazioni dei 3 corpi.

Accelerazione della sfera[

m/s2]

:

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Accelerazione del tubo[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

75 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 92 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)

trasformazione adiabatica fino alla pressione p2 =(

260 + 110 ξ

)

Pa; (2 → 3) trasformazione isobara che raddoppia il volumedel sistema; (3 → 4) trasformazione adiabatica; (4 → 1) trasformazione isobara che chiude il ciclo. Determinare il lavorocompiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

a aa

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 171 ξ = 772 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 1Matricola: 0000862687 Cognome e nome: Russo Francesca

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un cubetto, di massa m = 1 g, è posto all’interno di un imbuto che ruota attorno al proprio asse, disposto verticalmente(vedi figura), con frequenza pari a ν s−1 (cioè ν giri/s). Le pareti dell’imbuto sono inclinate di un angolo θ = 60◦ rispettoalla verticale, il coefficiente di attrito statico tra cubetto e imbuto è pari a f = 1

1000 ξ e il centro del cubetto si trova a unadistanza r = 5 cm dall’asse dell’imbuto. Quali sono i valori minimo e massimo della frequenza di rotazione ν per i quali ilcubetto non si muove rispetto all’imbuto?

Frequenza minima[

s−1]

:

Frequenza massima[

s−1]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 6 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 2, con a = 100 ξ K2. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ

e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

m

r

n

q

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 107 ξ = 879 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 3Matricola: 0000863459 Cognome e nome: Mancini Carla

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Un’asta omogenea di massa m e lunghezza l = 100 cm reca agli estremi due masse puntiformi: m1 = 10−3ξm edm2 =

(

1 − 10−3ξ)

m. L’asta è posta in rotazione con una certa velocità angolare attorno a un asse, a essa ortogonale,passante per il punto dell’asta che si trova a distanza x dalla massa m1. Sapendo che il sistema è soggetto a una coppiafrenante di momento costante, determinare il valore di x affinché esso si fermi nel minor tempo possibile.

Distanza x [cm]:

3. Una quantità di fluido pari a n = 2 mol si espande liberamente, in un recipiente adiabatico, dal volume iniziale Vi = 1 dm3

al volume finale Vf =(

1 + 1500 ξ

)

Vi. La temperatura iniziale del fluido è Ti = 200 K. Calcolare la variazione di temperatura∆T e la variazione di entropia ∆S del fluido nell’ipotesi che esso segua l’equazione di stato di Van der Waals, con covolumemolare b = 3.04 ·10−5 m3 mol−1, costante della pressione interna a = 0.551 J m3 mol−2 e calore molare a volume costantecV = 28.1 J mol−1 K−1.

Variazione di temperatura ∆T [K]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

iV fV

Esercizio n. 3

Page 28: A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A Prof ...

A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 43 ξ = 16 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 5Matricola: 0000168040 Cognome e nome: Cremonini Daniele

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. (a) Attorno a un pianeta, di massa M = 1024 kg, è posto, in un’orbita circolare di raggio r1, un satellite di massam = 100 kg. Sapendo che il satellite ha un periodo di rivoluzione attorno al pianeta pari a T1 = ξ h, determinare l’energiatotale del satellite (considerando nulla l’energia potenziale a distanza infinita dal pianeta). (b) A un certo punto si azionanoi motori e il satellite passa su di un’altra orbita circolare con distanza dal centro del pianeta pari a r2 = 2

3 r1. Quanto vale ilnuovo periodo di rivoluzione T2?

Energia totale [J]:

Nuovo periodo [s]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 1500 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1K−1, alla temperatura

t1 = 300 ◦C, viene posto a contatto termico con un blocco di piombo, di massa m2 = 116

√ξ kg e calore specifico c2 =

167 J kg−1K−1, alla temperatura t2 = 0 ◦C. I due blocchi non scambiano calore con alcun altro sistema. (a) Trovare latemperatura dei due blocchi (in ◦C) una volta che è stato raggiunto l’equilibrio termodinamico. (b) Trovare la variazione dientropia del blocco di ferro. (c) Trovare la variazione di entropia del blocco di piombo.

Temperatura finale dei due blocchi [◦C]:

Variazione di entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione di entropia del blocco di piombo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1

( )1 2T T>

2T

eT eT

Q

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 124 ξ = 123 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 7Matricola: 0000180083 Cognome e nome: Mazza Luciano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Un disco omogeneo è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse, in presenza diattrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto dipuro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

108 + 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 32 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che permette di raggiungere la pressione p2 = 234 Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma fino al rag-giungimento del volume V3 = 1

10 ξV2; (3 → 4) trasformazione isocora; (4 → 1) trasformazione isoterma che chiude il ciclo.Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 52 ξ = 230 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 10Matricola: 0000118716 Cognome e nome: Donati Michele

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto materiale urta elasticamente un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza2l = 20 cm, appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete. La velocitàdel punto è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovare: (a) la velocitàv del punto materiale dopo l’urto; (b) la velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto; (c) la velocità angolare ωdell’asta dopo l’urto.

Velocità v del punto materiale dopo l’urto [cm/s]:

Velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω dell’asta dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 5nRT− ε

V 3+cost., dove n = 20.0 mol

e ε = 5 · 10−4 J m9. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 197 ξ = 337 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 12Matricola: 0000189499 Cognome e nome: Vitali Umberto

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Un tubo omogeneo di spessore trascurabile è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alleisoipse, in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il motonon è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico è inizialmente in equilibrio termodinamico in uno stato 1, alla temperaturaT1 = (400 + ξ) K, in un volume V1 = 10−2 m3. A un certo istante il gas viene portato in uno stato 2 da un’espansioneadiabatica quasi-statica 1 → 2. In tale trasformazione il gas compie un lavoro pari a L1→2 = 800 J. (a) Calcolare il rapportoρ = V1

V2, essendo V2 il volume del gas al termine della trasformazione 1 → 2. A questo punto, tramite la successione di una

compressione 2 → 3, isoterma, e una trasformazione 3 → 1, isocora, (entrambe quasi-statiche) il sistema è riportato allecondizioni iniziali. (b) Calcolare il rendimento η del ciclo.

Rapporto ρ = V1

V2[adimensionale]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1

1

2

3

p

VEsercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 162 ξ = 444 Turno: 1 Fila: 10 Posto: 14Matricola: 0000152098 Cognome e nome: Rizzoli Aldo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Negli ultimi anni sono stati scoperti numerosi oggetti planetari oltre all’orbita del pianeta Nettuno con caratteristichefisiche comparabili a quelle del pianeta nano Plutone. Supponendo che uno di tali pianetini abbia massa M = 10−6ξ2mp eraggio R = rp, dove rp = 1150 km e mp = 1.3 · 1022 kg sono rispettivamente il raggio e la massa e di Plutone, determinare lavelocità di fuga dal pianetino.

Velocità di fuga [m/s]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 7 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-statica γ,lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 3, con a = 3 · 10−11ξ K−3. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 38 ξ = 551 Turno: 1 Fila: 12 Posto: 3Matricola: 0000648787 Cognome e nome: Conti Giulia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Uno yo-yo è costituito da un cilindro omogeneo scanalato, di raggio R = 7 cm e massa m = 100 g (scanalatura di larghezzatrascurabile), sulla cui gola, di raggio r =

(

2 + 1200ξ

)

cm, è avvolto uno spago, fissato, all’altra estremità, al soffitto. Calcolarel’accelerazione dello yo-yo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara quasi-statica; 2 → 3:espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocoro quasi-statico della temperatura; 4 → 1: compressione adiabaticaquasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) lavariazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

rR

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 184 ξ = 658 Turno: 1 Fila: 12 Posto: 5Matricola: 0000188738 Cognome e nome: Stanzani Alberto

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Si vuole mettere un satellite artificiale, di massa msat = 120 kg, in orbita circolare attorno alla Terra, a una quotad = (40000 + 100 ξ) km sul livello del mare. Che velocità deve avere il satellite una volta raggiunta l’orbita? (Si prenda lamassa della Terra pari a Mt = 6 · 1024 kg e il raggio terrestre pari a Rt = 6350 km).

Velocità [m/s]:

3. Il punto di fusione normale dell’alcool etilico è pari a tPFN = −115 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 104 J/g.(a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperatura tf perfarlo solidificare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante la solidificazione allatemperatura tf , e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 180 ξ = 765 Turno: 1 Fila: 12 Posto: 7Matricola: 0000852334 Cognome e nome: Serra Luisa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un mattone di massa m = 1 kg scivola senza attrito lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazioneα = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta, può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazionedel cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 6nRT − εp2 + cost., doven = 6.0 mol e ε = 6 · 10−7 J/Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressioneiniziale pi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

m

Ma

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 168 ξ = 872 Turno: 1 Fila: 12 Posto: 10Matricola: 0000847217 Cognome e nome: Rosso Rosanna

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un’asta rigida omogenea AB, di massa M = 4 kg e lunghezza L =(

78 + ξ2

)

cm, ruota attorno a un asse passante per

l’estremo A, formante un angolo di 30◦ rispetto all’asta stessa. Calcolare il momento d’inerzia dell’asta rispetto a tale asse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 8 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 3, con a = 3 · 105ξ K3. Nello stato iniziale il volume è

Vi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 113 ξ = 979 Turno: 1 Fila: 12 Posto: 12Matricola: 0000847285 Cognome e nome: Mari Maria Cristina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Una sfera omogenea è fatta rotolare lungo un piano inclinato in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolodi inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente diattrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a tPEN = 78.5 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazione ècl = 885 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperaturate per farlo evaporare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazionealla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 150 ξ = 116 Turno: 1 Fila: 12 Posto: 14Matricola: 0000163459 Cognome e nome: Poli Andrea

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un punto materiale è vincolato, da un filo inestensibile e di massa trascurabile, a percorrere su di un piano orizzontaleuna traiettoria circolare avente raggio R = 1 m. Il coefficiente di attrito dinamico con la superficie di appoggio è µ =5 · 10−2(1 + 10−2ξ). All’istante iniziale la velocità del blocco (nel SdR che ha origine nel centro della traiettoria) è ~v0 =√

gR(

1 + 10−2ξ)

m/s. Calcolare: (a) il modulo della velocità v1 quando il blocco ripassa per la prima volta per il punto dilancio; (b) il numero n di giri completi compiuti dal blocco al momento in cui si arresta.

Velocità v1 [m/s]:

Numero giri completi [adimensionale]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = nRT − ε

V 2+cost., dove n = 4.0 mol

e ε = 10−2 J m6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 118 ξ = 223 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 1Matricola: 0000881736 Cognome e nome: Martinelli Martina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un uomo di massa m1 si trova inizialmente in quiete al centro di un carrello ferroviario rettangolare, il quale può scorreresenza attrito lungo un binario. Il carrello ha massa m2 = 5m1, lunghezza L = 2

(

3 + 10−2ξ)

m (nella direzione parallela albinario), e si trova anch’esso inizialmente in quiete. A un certo istante l’uomo si sposta sul carrello in direzione parallelaal binario, fino a raggiungere un’estremità del carrello. Trovare lo spostamento ∆s del carrello, considerando l’uomo comepuntiforme.

Spostamento carrello ∆s [m]:

3. Un recipiente cilindrico, dotato di una base mobile (pistone) contiene 3 moli di gas perfetto biatomico alla temperaturati = 0 ◦C. Mediante lo spostamento del pistone, si comprime quasi staticamente il gas, riducendone il volume dal valoreiniziale Vi = 2 ℓ al valore finale Vf = 1

1000 ξ ℓ. Se la capacità termica del contenitore è Cc = 110 ξ R, supponendo che il

contenitore non scambi calore con sistemi esterni, calcolare la temperatura finale del gas.

Temperatura finale del gas tf [◦C]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

VC

cC

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 93 ξ = 330 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 3Matricola: 0000190229 Cognome e nome: Guidi Fabio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Una corona circolare omogenea, di densità superficiale σ = 1 kg/m2, con raggio interno R1 = 13 ξ cm e raggio esterno

R2 = ξ cm, ruota attorno al proprio asse di simmetria. Sapendo che il sistema è isolato e che compie un giro ogni 3 minuti,determinare il modulo del momento angolare.

Momento angolare[

kg m2/s]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 3 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT , con a = 10−5ξ K−1. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 84 ξ = 437 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 5Matricola: 0000155843 Cognome e nome: Giuliani Gianfranco

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Si consideri una ruota a forma di disco che rotola su di un piano orizzontale. La ruota è soggetta alla forza d’attritoradente statico ~Fa e a una forza costante ~F . La forza ~F agisce nello stesso verso della velocità del centro di massa del discoed è applicata alla ruota in un punto a una quota h da terra, sulla verticale contenente il punto istantaneo di contatto con ilterreno e il centro di massa della ruota. Se R è il raggio del disco, il moto è di puro rotolamento e tra le intensità delle due

forze vale la relazione∥

~Fa

∥= 1

2 10−3ξ∥

~F∥

∥, determinare il rapporto r = h

R.

Rapporto r = hR

[adimensionale]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova inizialmente nello stato

1, a pressione p1 = 400 Pa e volume V1 = 50 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che ne triplica la pressione; (2 → 3) trasformazione isoterma che ne triplica il volume. Calcolare lavariazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 45 ξ = 544 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 7Matricola: 0000152618 Cognome e nome: Dall’Olio Sandro

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Un punto materiale di massa m = 4 kg è vincolato a muoversi lungo una guida rettilinea orizzontale fissa. Al tempo t = 0 sil punto materiale ha velocità v (0) = v0 = 1

10 ξ m/s. Il punto materiale è soggetto a una forza avente la stessa direzione

della velocità, verso opposto e modulo proporzionale alla radice quadrata del modulo della velocità, essendo k = ξ m12 kg s−

32

la costante di proporzionalità. Trovare il tempo necessario affinché il punto si arresti e la distanza percorsa dal punto[

Si ricordi che∫

dx√x

= 2√

x + C]

.

Tempo di arresto [s]:

Distanza percorsa [m]:

3. Un sistema termodinamico è costituito da n = 7 mol di freon (C Cl2 F2). Calcolare il lavoro compiuto dal sistemase esso subisce un’espansione isoterma quasi-statica alla temperatura T =

(

250 + 110ξ

)

K che lo porta dal volume iniziale

Vi = 10 ℓ al volume finale Vf =(

1 + 1100 ξ

)

Vi, nelle seguenti due ipotesi: (a) il sistema è un gas ideale; (b) il sistema è un

fluido che segue l’equazione di Van der Waals, con costante della pressione interna a = 1.078 J m3 mol−2 e covolume molareb = 9.98 ·10−5 m3 mol−1.

Lavoro compiuto (gas ideale) [J]:

Lavoro compiuto (gas di Van der Waals) [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 127 ξ = 651 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 10Matricola: 0000150095 Cognome e nome: Mengoli Filippo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un carrello, dotato di 4 ruote, ha massa (escluse le ruote) pari a M = 50 kg, mentre ogni ruota ha massa pari a

m =(

0.2 + 15000 ξ

)

M e raggio r = 50 cm. Il carrello è trainato mediante una fune, con una forza orizzontale ~F di intensitàF = 100 N. Trascurando gli attriti volventi e gli attriti radenti dinamici, e considerando le ruote come cilindri omogenei,calcolare l’accelerazione del carrello.

Accelerazione del carrello[

m/s2]

:

3. Quattro moli di gas perfetto monoatomico compiono un ciclo termodinamico, composto dalle tre seguenti trasformazioniquasi statiche: 1 → 2 isoterma a temperatura T1 =

(

20 + 12 ξ

)

K; 2 → 3 isobara con V3 = 1 m3; 3 → 1 isocora. Calcolare ilrendimento η del ciclo sapendo che p2 = 100 Pa.

Rendimento [numero puro]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

MFr

m m

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 73 ξ = 758 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 12Matricola: 0000147285 Cognome e nome: Galletti Bruno

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una piattaforma circolare ruota con velocità angolare costante ω = 10 s−1 attorno a un asse normale a essa, passante peril suo centro. Solidale con la piattaforma, in direzione radiale, è fissata una guida priva di attrito sulla quale può scorrere unamassa puntiforme m = 1 kg, a sua volta attaccata all’estremo libero di una molla di costante elastica k = 100

(

2 + 10−2ξ)

N/me lunghezza a riposo L = 1 m. L’altro estremo della molla è fissato all’asse di rotazione della piattaforma. Determinare ladeformazione ∆L della molla se la massa puntiforme ha velocità radiale nulla (si consideri la deformazione ∆L positiva se lamolla è allungata rispetto alla lunghezza a riposo, negativa se la molla è accorciata).

Deformazione della molla ∆L [m]:

3. Il punto di fusione normale del piombo è pari a tPFN = 327 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 23 J/g. (a) Calcolareil calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di piombo solido a temperatura tf per farlo fondere. (b) Calcolarela variazione di entropia ∆S di una massa m di piombo durante la fusione alla temperatura tf , e specificare se essa è positiva,negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 195 ξ = 865 Turno: 1 Fila: 14 Posto: 14Matricola: 0000880083 Cognome e nome: Viola Graziella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Si consideri il sistema meccanico in figura, con α = 30◦. Sul piano orizzontale è appoggiata una massa m1 = m(

1 + 10−2ξ)

mentre su quello inclinato vi è una massa m2 = m. Le due masse sono unite da un cavo inestensibile e di massa trascurabile,avvolto a una carrucola fissa, di forma cilindrica, omogenea e di massa M = m, libera di ruotare attorno al proprio asse.Trascurando tutti gli attriti, determinare il modulo dell’accelerazione del sistema at.

Accelerazione at

[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1,

con pressione p1 = 60 Pa e volume V1 = 108 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (140 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma; (3 → 1) trasformazione isobarache chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 39 ξ = 972 Turno: 1 Fila: 16 Posto: 1Matricola: 0000147739 Cognome e nome: Conti Massimo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto si conficca in un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza 2l = 20 cm,appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete, rimanendovi attaccato. Lavelocità del punto materiale è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovarela velocità vG′ del centro di massa del sistema asta+punto dopo l’urto e la velocità angolare ω del sistema asta+punto dopol’urto.

Velocità vG′ del centro di massa del sistema asta+punto dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω del sistema asta+punto dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 2nRT − εp + cost., doven = 2.0 mol e ε = 2 · 10−2 J/Pa. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 176 ξ = 109 Turno: 1 Fila: 16 Posto: 3Matricola: 0000875258 Cognome e nome: Santoro Gabriella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Due blocchi sono collegati tra loro da una funicella inestensibile di massa trascurabile, libera di scorrere senza attritonella scanalatura sottile di una carrucola cilindrica omogenea. Nell’ipotesi che i blocchi abbiano massa m1 = m e m2 = ρ me che la carrucola abbia massa M = 2m(1 + 10−2ξ), determinare il valore di ρ affinché il blocco di massa m2 cada conun’accelerazione pari a 1

6g.

Rapporto ρ = m2

m1[adimensionale]:

3. Un recipiente è costituito da una cavità cilindrica adiabatica entro cui possono scorrere senza attrito due pistoni, anch’essiadiabatici e soggetti alla pressione atmosferica. Il volume tra i due pistoni è suddiviso in due parti da una parete diatermicafissa. La parte (1), a sinistra della parete diatermica, è riempita con n1 = 2 mol di gas perfetto biatomico, mentre la parte(2), a destra della parete diatermica, è riempita con n2 =

(

2 + 1500 ξ

)

mol di gas perfetto monoatomico. Se il gas (2) viene

compresso in maniera quasi-statica finché il suo volume diventa un terzo di quello iniziale, calcolare il rapporto ρ =V1f

V1i

tra

il volume finale e il volume iniziale del gas (1).

Rapporto ρ [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 72 ξ = 216 Turno: 1 Fila: 16 Posto: 5Matricola: 0000850095 Cognome e nome: Franco Cinzia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un punto materiale di massa m = 2 kg partendo da fermo è sottoposto alla forza ~F = 3ct2ı. Se il corpo passa per l’originedel sistema di coordinate al tempo t = 2 s e posto c = 1 N/s2, determinare la posizione al tempo t = 1

50 ξ s.

Posizione [m]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 4 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T, con a = ξ K. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ e

la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

Page 49: A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A Prof ...

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 76 ξ = 323 Turno: 1 Fila: 16 Posto: 7Matricola: 0000154916 Cognome e nome: Gandolfi Tommaso

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di massa m = 1 kg, rotola senza strisciare, con l’asse parallelo alle isoipse e in assenza diattrito volvente, lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazione α = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta,può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazione del cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 1100 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale con pressione

pi = 25 Pa e volume Vi = 64 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche che lo portano allo statofinale, con pressione pf = 30 Pa e volume Vf = 78 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Ma

m

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 4 ξ = 430 Turno: 1 Fila: 16 Posto: 10Matricola: 0000146944 Cognome e nome: Balboni Dario

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Un proiettile viene sparato con velocità ~v0 di modulo ‖~v0‖ = 2(1 + 10−2ξ) m/s in direzione orizzontale a un’altezza h

dal suolo. Determinare quale debba essere il rapporto ρ = ‖~v0‖h

affinché il proiettile raggiunga il suolo con il vettore velocitàinclinato di un angolo di 30◦ rispetto alla verticale.

Rapporto ρ = ‖~v0‖h

[

s−1]

:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 11000 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1 K−1, alla temperatura

T1 = (10 + 2ξ) ◦C, è lasciato cadere nell’acqua del mare, a temperatura T2 = 10 ◦C. Trovare: (a) quanto varia l’entropiadel blocco di ferro nel raggiungimento dell’equilibrio termico; (b) quanto varia l’entropia del mare nel raggiungimentodell’equilibrio termico; (c) quanto varia l’entropia dell’universo nel raggiungimento dell’equilibrio termico. Si supponga cheil blocco e il mare non scambino calore con altri sistemi.

Variazione dell’entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione dell’entropia del mare [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 46 ξ = 479 Turno: 2 Fila: 2 Posto: 1Matricola: 0000848981 Cognome e nome: De Angelis Giuliana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Si consideri il sistema meccanico in figura, costituito da un blocco di massa m, fissato a un cavo ideale, a sua volta avvoltoattorno a una carrucola cilindrica omogenea, di massa M = 2m = (1 + 10−2ξ) kg, libera di ruotare attorno al proprio asse.L’asse della carrucola è montato su di una molla di costante elastica k = 50 N/m. Determinare la deformazione della molla∆l, durante la discesa della massa m.

Deformazione ∆l [m]:

3. Un sistema termodinamico è costituito di quattro grammi di elio, inizialmente nello stato 1, caratterizzato dalla pressionep1 = ξ Pa e dalla temperatura T1 =

(

30 + 110ξ

)

K. Il sistema subisce dapprima una trasformazione isobara fino a raggiungerelo stato 2, in cui il volume è raddoppiato; a questo punto una trasformazione adiabatica quasi-statica porta il sistema allostato finale 3, con temperatura T3 = 2

3T1. Calcolare la pressione finale p3 del sistema e i lavori L1→2 e L2→3 compiuti dalsistema nelle due trasformazioni.

Pressione finale p3 [Pa]:

Lavoro L1→2 [J]:

Lavoro L2→3 [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 193 ξ = 586 Turno: 2 Fila: 2 Posto: 5Matricola: 0000165340 Cognome e nome: Veronesi Stefano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Una sferetta è lanciata orizzontalmente con velocità di modulo v0 = 110 ξ m/s da una parete verticale all’altezza h = 5 m

(vedi figura). Una seconda parete si trova di fronte alla prima, parallela a essa, a una distanza d = 60 cm. Nell’ipotesi chegli urti della sferetta contro le pareti siano perfettamente elastici e che la resistenza dell’aria sia trascurabile, determinare:(a) il numero N di urti contro le pareti; (b) la distanza dalla parete di lancio del punto di impatto (punto in cui la sferettaraggiunge il suolo).

Numero di urti [adimensionale]:

Distanza [cm]:

3. Il punto di ebollizione normale dell’anidride solforosa è pari a tPEN = −10.0 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazioneè cl = 389 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di anidride solforosa gassosa atemperatura te per farla condensare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di anidride solforosa durantela condensazione alla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

y

dx

0

r

v

h

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 48 ξ = 693 Turno: 2 Fila: 2 Posto: 7Matricola: 0000855843 Cognome e nome: De Rosa Mirella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Uno sciatore si trova fermo nel punto mediano di un ponte avente raggio di curvatura ρ = 2(

1 + 10−2ξ)

m (vedi figura).

Sia R(0)n il modulo della reazione vincolare che deve esercitare il ponte in queste condizioni. Determinare il rapporto r = Rn

R(0)n

dove Rn è la reazione vincolare che deve esercitare il ponte quando lo stesso sciatore transita per il suo punto mediano conmoto uniforme e velocità di modulo v =

(

1 + 10−2ξ)

m/s.

Rapporto r = Rn

R(0)n

[adimensionale]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

88 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 110 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (160 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione adiabatica; (3 → 4) trasformazioneisobara che chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 19 ξ = 800 Turno: 2 Fila: 2 Posto: 10Matricola: 0000166235 Cognome e nome: Bonazzi Nicolò

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontale egiacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) un discorigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticale nel punto O, conb = 1

1000 ξr. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandola positiva se concorde alla velocitàprima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare del disco subito dopo l’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare del disco subito dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 3nRT + εV 2 + cost., doven = 12.0 mol e ε = 3 · 108 J m−6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume inizialeVi = 1 dm3, raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 1100 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 151 ξ = 907 Turno: 2 Fila: 2 Posto: 12Matricola: 0000852098 Cognome e nome: Poli Donatella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. La posizione iniziale di un pendolo — costituito da un filo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza l cui è sospesoun punto materiale di massa m — forma un angolo α con la verticale. Determinare l’angolo α in modo che la tensione delfilo nel punto più basso della traiettoria sia, in modulo, pari a ‖ ~R‖ = (2 + 10−3ξ)m g.

Angolo α [◦]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara ottenuta ponendo in contattoil sistema con un termostato a temperatura T2 incognita; 2 → 3: espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocorodella temperatura ottenuto ponendo in contatto il sistema con un termostato a temperatura T4 incognita; 4 → 1: compressioneadiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e che V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η delciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo, ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo, ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 71 ξ = 44 Turno: 2 Fila: 2 Posto: 14Matricola: 0000849077 Cognome e nome: Franchi Sofia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. La lastra rettangolare mostrata nella figura ha base L = 120 ξ m e altezza H = 10 m. Inoltre, nel sistema di coordinate

mostrato nella figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1xy, dove c0 = 3 kg/m2 e c1 = 8 kg/m4.Determinare il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 5 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 2, con a = 10−8ξ K−2. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 144 ξ = 151 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 1Matricola: 0000846535 Cognome e nome: Palumbo Sandra

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Un punto materiale di massa m viene lanciato lungo il profilo rigido e liscio di raggio R = (1+10−2ξ) m mostrato in figura,con una velocità iniziale di modulo v0 =

(3 + 10−3ξ) g R. Determinare in quale punto del profilo la reazione vincolare ènulla (si determini la quota h di tale punto da terra).

Quota h [m]:

3. Un sistema termodinamico, composto da m = 110 ξ g di elio, si trova inizialmente nello stato 1, con pressione p1 = 75 Pa

e volume V1 = 30 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche. La prima, (1 → 2), è unatrasformazione isobara che lo porta al volume V2 = 40 m3. La seconda, (2 → 3), è una trasformazione adiabatica che lo portaal volume V3 = 80 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 31 ξ = 258 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 3Matricola: 0000872325 Cognome e nome: Cattaneo Bianca

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una ruota di massa M = 10 kg (vedi figura), il cui momento di inerzia, rispetto al proprio asse vale Io = M2

(

r2 + R2)

conR = 50 cm e r = 1

2000 ξ R, viene lanciata su di un piano orizzontale, in presenza di attrito dinamico. All’istante del lancio lavelocità del centro di massa della ruota ha modulo v0 = 10 m/s e la ruota ha soltanto moto traslatorio. Se tr è l’istante in

cui il moto diventa di puro rotolamento, determinare il rapporto ρ = vG(tr)v0

fra il modulo della velocità del centro di massadella ruota in tale istante e il modulo della velocità iniziale del centro di massa.

Rapporto ρ [adimensionale]:

3. Un blocco di ghiaccio di massa m = 110 ξ g a temperatura tg = 0.0 ◦C viene gettato in un lago, la cui acqua si trova alla

temperatura tl = 15.0 ◦C. Determinare, la variazione di entropia del ghiaccio, del lago e dell’universo nel raggiungimentodello stato di equilibrio (si prenda il calore latente di fusione del ghiaccio pari a cf = 333 kJ/kg e il calore specifico dell’acquapari a c = 4.186 kJ kg−1 K−1).

Variazione dell’entropia del blocco di ghiaccio [J/K]:

Variazione dell’entropia del lago [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

R

r

r

v0

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 158 ξ = 365 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 5Matricola: 0000161396 Cognome e nome: Rinaldi Vincenzo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di un disco rigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticalenel punto O, con b = 1

1000 ξr. Determinare e la velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volume V1 =1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: (1 → 2) espansione isobara ottenuta ponendo in contatto ilsistema con un termostato a temperatura T2 incognita; (2 → 3): espansione adiabatica quasi-statica; (3 → 4): abbassamentoisocoro quasi-statico della temperatura; (4 → 1): compressione adiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e

V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c)la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2

1 2

3

V

p

4

adiabaticaquasi-statica

adiabatica

quasi-statica

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 149 ξ = 472 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 7Matricola: 0000846944 Cognome e nome: Piras Rina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1x, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m3. Determinare ilmomento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 4nRT +ε

p2+ cost., dove

n = 4.0 mol e ε = 4 · 1012 J Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 160 ξ = 579 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 10Matricola: 0000847275 Cognome e nome: Rizzi Maria Grazia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un filo sottile, di massa trascurabile, è avvolto attorno a un rullo cilindrico pieno, di massa m = 100 g e raggio r = 2 cm.Il filo passa nella gola di una carrucola di massa trascurabile e priva di attrito e sostiene un blocco di massa M = 50 g.Il cilindro rotola senza strisciare su di un piano inclinato, di inclinazione α = 9

100 ξ◦ Determinare: (a) l’accelerazione delcilindro; (b) la tensione del filo.

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Tensione del filo [N]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

75 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 92 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)

trasformazione adiabatica fino alla pressione p2 =(

260 + 110 ξ

)

Pa; (2 → 3) trasformazione isobara che raddoppia il volumedel sistema; (3 → 4) trasformazione adiabatica; (4 → 1) trasformazione isobara che chiude il ciclo. Determinare il lavorocompiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1

a

m Mr

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 189 ξ = 686 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 12Matricola: 0000870880 Cognome e nome: Valenti Rossella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Dato il disco sottile e omogeneo di raggio R = ξ m e massa m = 200 g, mostrato nella figura, calcolarne il momentod’inerzia rispetto a un suo diametro.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 6 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 2, con a = 100 ξ K2. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ

e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 89 ξ = 793 Turno: 2 Fila: 4 Posto: 14Matricola: 0000843156 Cognome e nome: Grasso Adriana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) unasbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso piano verticale nelpunto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandolapositiva se concorde alla velocità prima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare della sbarra subito dopol’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare della sbarra subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Una quantità di fluido pari a n = 2 mol si espande liberamente, in un recipiente adiabatico, dal volume iniziale Vi = 1 dm3

al volume finale Vf =(

1 + 1500 ξ

)

Vi. La temperatura iniziale del fluido è Ti = 200 K. Calcolare la variazione di temperatura∆T e la variazione di entropia ∆S del fluido nell’ipotesi che esso segua l’equazione di stato di Van der Waals, con covolumemolare b = 3.04 ·10−5 m3 mol−1, costante della pressione interna a = 0.551 J m3 mol−2 e calore molare a volume costantecV = 28.1 J mol−1 K−1.

Variazione di temperatura ∆T [K]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

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r

var

Esercizio n. 1

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2

iV fV

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 60 ξ = 900 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 1Matricola: 0000888476 Cognome e nome: Ferraro Michela

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una sfera rigida, omogenea, di centro A, raggio R = 4 cm e massa M = 250 g, inizialmente in quiete, è urtata da un’altrasfera rigida, omogenea, di centro B, raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, che un attimo prima dell’urto trasla con unavelocità nota ~w di modulo pari a w = 100 cm/s. L’urto è perfettamente elastico e non c’è attrito tra le superfici delle duesfere. Se la distanza di A dalla retta passante per B e parallela a ~w subito prima dell’urto è pari a d = 7ξ

1000 cm (vedi figura),determinare gli angoli α (∈ [0, 90◦[ ) e β (∈ [0, 180◦] ) che le velocità delle due sfere formano con quella iniziale ~w della sferaB.

Angolo α (sfera A) [◦]:

Angolo β (sfera B) [◦]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 1500 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1K−1, alla temperatura

t1 = 300 ◦C, viene posto a contatto termico con un blocco di piombo, di massa m2 = 116

√ξ kg e calore specifico c2 =

167 J kg−1K−1, alla temperatura t2 = 0 ◦C. I due blocchi non scambiano calore con alcun altro sistema. (a) Trovare latemperatura dei due blocchi (in ◦C) una volta che è stato raggiunto l’equilibrio termodinamico. (b) Trovare la variazione dientropia del blocco di ferro. (c) Trovare la variazione di entropia del blocco di piombo.

Temperatura finale dei due blocchi [◦C]:

Variazione di entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione di entropia del blocco di piombo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

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Esercizio n. 1

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Esercizio n. 2

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Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 29 ξ = 37 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 3Matricola: 0000615908 Cognome e nome: Caruso Giuseppina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Data la lastra a forma di triangolo rettangolo mostrata nella figura, omogenea e di massa m = ξ g, alta H = 10 cm e conl’angolo α = π

6 rad, determinarne il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

108 + 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 32 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che permette di raggiungere la pressione p2 = 234 Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma fino al rag-giungimento del volume V3 = 1

10 ξV2; (3 → 4) trasformazione isocora; (4 → 1) trasformazione isoterma che chiude il ciclo.Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 117 ξ = 144 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 5Matricola: 0000860815 Cognome e nome: Martelli Olga

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di una sbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso pianoverticale nel punto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità angolare della sbarra (con il puntoconficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare della sbarra (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 5nRT− ε

V 3+cost., dove n = 20.0 mol

e ε = 5 · 10−4 J m9. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 153 ξ = 251 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 7Matricola: 0000841781 Cognome e nome: Ricci Anna Maria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un sistema binario è costituito da due stelle che si muovono su orbite circolari, a distanza rispettivamente d1 = 8 · 104 kme d2 = 6 · 105 km dal centro di rivoluzione del sistema, con un periodo T = ξ giorni. Determinare le masse delle due stelle.

Massa della stella più massiva M1 [kg]:

Massa della stella meno massiva M2 [kg]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico è inizialmente in equilibrio termodinamico in uno stato 1, alla temperaturaT1 = (400 + ξ) K, in un volume V1 = 10−2 m3. A un certo istante il gas viene portato in uno stato 2 da un’espansioneadiabatica quasi-statica 1 → 2. In tale trasformazione il gas compie un lavoro pari a L1→2 = 800 J. (a) Calcolare il rapportoρ = V1

V2, essendo V2 il volume del gas al termine della trasformazione 1 → 2. A questo punto, tramite la successione di una

compressione 2 → 3, isoterma, e una trasformazione 3 → 1, isocora, (entrambe quasi-statiche) il sistema è riportato allecondizioni iniziali. (b) Calcolare il rendimento η del ciclo.

Rapporto ρ = V1

V2[adimensionale]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

1

2

3

p

VEsercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 129 ξ = 358 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 10Matricola: 0000155984 Cognome e nome: Monari Alessandro

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Un punto materiale, di massa m = 100 g è appoggiato su di un cuneo liscio, di massa M1 = 1100 ξm e angolo α = 10◦. Il

cuneo, a sua volta, è vincolato a scorrere senza attrito su di un piano orizzontale liscio. Supponendo che inizialmente tuttosia in quiete e che il punto materiale si trovi a un’altezza h0 = 50 cm rispetto al piano orizzontale, calcolare: (a) la velocitàdi traslazione del cuneo quando il punto materiale è sceso sul piano orizzontale; (b) supponendo poi che il punto, una voltaraggiunto il piano orizzontale, incontri un secondo cuneo liscio, di massa M2 = 4m e angolo β = 20◦, anch’esso libero discorrere senza attrito sul piano orizzontale, calcolare la massima altezza h raggiunta dal punto materiale sul secondo cuneo.

Velocità di traslazione del cuneo [cm/s]:

Altezza raggiunta dal punto sul secondo cuneo [cm]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 7 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-statica γ,lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 3, con a = 3 · 10−11ξ K−3. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1

a b

h0

M1

M2

m

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 12 ξ = 465 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 12Matricola: 0000866235 Cognome e nome: Benedetti Rossana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1y2, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m4. Determinare il

momento d’inerzia della lastra rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara quasi-statica; 2 → 3:espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocoro quasi-statico della temperatura; 4 → 1: compressione adiabaticaquasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) lavariazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 138 ξ = 572 Turno: 2 Fila: 6 Posto: 14Matricola: 0000844998 Cognome e nome: Neri Alice

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Calcolare la velocità di fuga da un pianeta di massa M = 1024 kg e raggio R =(

ξ2 × 104)

m.

Velocità di fuga [m/s]:

3. Il punto di fusione normale dell’alcool etilico è pari a tPFN = −115 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 104 J/g.(a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperatura tf perfarlo solidificare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante la solidificazione allatemperatura tf , e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 42 ξ = 679 Turno: 2 Fila: 8 Posto: 1Matricola: 0000146223 Cognome e nome: Costa Massimiliano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, rotola senza strisciare su di un piano orizzontale,soggetto all’azione della forza costante ~F , di modulo pari a F = ξ N, parallela al piano orizzontale, applicata al centrodi massa del rullo e perpendicolare a al suo asse (vedi figura). Determinare l’accelerazione del centro di massa del rullo(supponendo che l’attrito volvente sia trascurabile).

Accelerazione[

m/s2]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 6nRT − εp2 + cost., doven = 6.0 mol e ε = 6 · 10−7 J/Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressioneiniziale pi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

Fr

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 2 ξ = 786 Turno: 2 Fila: 8 Posto: 3Matricola: 0000841276 Cognome e nome: Alberti Vittoria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Il disco sottile mostrato nella figura ha raggio R = ξ m e densità superficiale di massa σ (r) = σ0 + cr, dove c = 5 kg/m3 eσ0 = 4 kg/m2. Determinare il momento d’inerzia del disco rispetto a un asse perpendicolare al disco e passante per il centrodel disco stesso.

momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 8 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 3, con a = 3 · 105ξ K3. Nello stato iniziale il volume è

Vi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 86 ξ = 893 Turno: 2 Fila: 8 Posto: 5Matricola: 0000141276 Cognome e nome: Govoni Edoardo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Due sfere omogenee, entrambe di raggio R = 1 cm, aventi la medesima massa m = 100 g, scendono lungo un pianoinclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad: la prima strisciando senza rotolare in assenza di ogni forma di attrito, la secondarotolando senza strisciare, in assenza di attrito volvente. Determinare le accelerazioni dei centri di massa delle 2 sfere.

Accelerazione della sfera che striscia[

m/s2]

:

Accelerazione della sfera che rotola[

m/s2]

:

3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a tPEN = 78.5 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazione ècl = 885 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperaturate per farlo evaporare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazionealla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a a

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 134 ξ = 30 Turno: 2 Fila: 8 Posto: 7Matricola: 0000621172 Cognome e nome: Moretti Barbara

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Un razzo, di massa a vuoto pari a M0 = 20 kg, è rifornito con una quantità di gas pari a Mg0 =(

110 ξ + 10

)

kg. All’istanteiniziale il razzo inizia a espellere il gas contenuto al suo interno verso il basso, con velocità costante vg, e rateo costante dimassa espulsa per unità di tempo pari a k = 10 kg/s. Determinare la minima velocità di espulsione del gas vg affinché ilrazzo inizi a sollevarsi nel momento in cui si accende il motore.

Velocità minima [m/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = nRT − ε

V 2+cost., dove n = 4.0 mol

e ε = 10−2 J m6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 16 ξ = 137 Turno: 2 Fila: 8 Posto: 10Matricola: 0000178195 Cognome e nome: Berti Giulio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Una palla da biliardo cava, di raggio r = 3 cm, massa m = 300 g e momento di inerzia rispetto a un asse passanteper il centro pari a (0.4 + 0.0002× ξ)mr2, è colpita centralmente con una stecca (asse della stecca passante per il centrodella palla), acquistando in questo modo una velocità iniziale v0 = ξ

10 cm/s (moto di pura traslazione). Il coefficiente diattrito radente dinamico del biliardo è µ = 0.1, mentre l’attrito volvente è trascurabile. Calcolare (a) la velocità e (b) lospostamento della palla nell’istante in cui essa smette di strisciare sul tavolo (cioè nell’istante in cui il moto diventa un motodi rotolamento puro).

Velocità [cm/s]:

Spostamento [cm]:

3. Un recipiente cilindrico, dotato di una base mobile (pistone) contiene 3 moli di gas perfetto biatomico alla temperaturati = 0 ◦C. Mediante lo spostamento del pistone, si comprime quasi staticamente il gas, riducendone il volume dal valoreiniziale Vi = 2 ℓ al valore finale Vf = 1

1000 ξ ℓ. Se la capacità termica del contenitore è Cc = 110 ξ R, supponendo che il

contenitore non scambi calore con sistemi esterni, calcolare la temperatura finale del gas.

Temperatura finale del gas tf [◦C]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

0

r

v

Esercizio n. 2

VC

cC

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 80 ξ = 244 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 1Matricola: 0000188476 Cognome e nome: Giordani Enzo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Un pacco pesante, di massa m = 80 kg, è trascinato su di un pavimento orizzontale mediante una fune, tesa a un angoloα = 1

2000 ξπ rad rispetto all’orizzontale. Il coefficiente di attrito dinamico tra pacco e pavimento è pari a µ = 0.4. (a) Qualeforza deve essere esercitata sulla fune affinché il moto sia uniforme? (b) Quale forza deve essere esercitata sulla fune affinchéil moto sia uniformemente accelerato con accelerazione a = 2 m/s2?

Forza necessaria per il moto uniforme [N]:

Forza necessaria per il moto uniformemente accelerato [N]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 3 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT , con a = 10−5ξ K−1. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1

a

m

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 6 ξ = 351 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 3Matricola: 0000886140 Cognome e nome: Barbieri Franca

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Tre corpi omogenei, una sfera, un cilindro e un tubo di spessore trascurabile, tutti di raggio R = 2 cm, e aventi la medesimamassa m = 300 g, scendono lungo un piano inclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad, rotolando senza strisciare, in assenzadi attrito volvente e con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse. Determinare le accelerazioni dei 3 corpi.

Accelerazione della sfera[

m/s2]

:

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Accelerazione del tubo[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova inizialmente nello stato

1, a pressione p1 = 400 Pa e volume V1 = 50 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che ne triplica la pressione; (2 → 3) trasformazione isoterma che ne triplica il volume. Calcolare lavariazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1

a aa

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 63 ξ = 458 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 5Matricola: 0000851905 Cognome e nome: Ferri Carolina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Un cubetto, di massa m = 1 g, è posto all’interno di un imbuto che ruota attorno al proprio asse, disposto verticalmente(vedi figura), con frequenza pari a ν s−1 (cioè ν giri/s). Le pareti dell’imbuto sono inclinate di un angolo θ = 60◦ rispettoalla verticale, il coefficiente di attrito statico tra cubetto e imbuto è pari a f = 1

1000 ξ e il centro del cubetto si trova a unadistanza r = 5 cm dall’asse dell’imbuto. Quali sono i valori minimo e massimo della frequenza di rotazione ν per i quali ilcubetto non si muove rispetto all’imbuto?

Frequenza minima[

s−1]

:

Frequenza massima[

s−1]

:

3. Un sistema termodinamico è costituito da n = 7 mol di freon (C Cl2 F2). Calcolare il lavoro compiuto dal sistemase esso subisce un’espansione isoterma quasi-statica alla temperatura T =

(

250 + 110ξ

)

K che lo porta dal volume iniziale

Vi = 10 ℓ al volume finale Vf =(

1 + 1100 ξ

)

Vi, nelle seguenti due ipotesi: (a) il sistema è un gas ideale; (b) il sistema è un

fluido che segue l’equazione di Van der Waals, con costante della pressione interna a = 1.078 J m3 mol−2 e covolume molareb = 9.98 ·10−5 m3 mol−1.

Lavoro compiuto (gas ideale) [J]:

Lavoro compiuto (gas di Van der Waals) [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

m

r

n

q

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 185 ξ = 565 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 7Matricola: 0000847620 Cognome e nome: Testa Clara

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un’asta omogenea di massa m e lunghezza l = 100 cm reca agli estremi due masse puntiformi: m1 = 10−3ξm edm2 =

(

1 − 10−3ξ)

m. L’asta è posta in rotazione con una certa velocità angolare attorno a un asse, a essa ortogonale,passante per il punto dell’asta che si trova a distanza x dalla massa m1. Sapendo che il sistema è soggetto a una coppiafrenante di momento costante, determinare il valore di x affinché esso si fermi nel minor tempo possibile.

Distanza x [cm]:

3. Quattro moli di gas perfetto monoatomico compiono un ciclo termodinamico, composto dalle tre seguenti trasformazioniquasi statiche: 1 → 2 isoterma a temperatura T1 =

(

20 + 12 ξ

)

K; 2 → 3 isobara con V3 = 1 m3; 3 → 1 isocora. Calcolare ilrendimento η del ciclo sapendo che p2 = 100 Pa.

Rendimento [numero puro]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 33 ξ = 672 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 10Matricola: 0000152584 Cognome e nome: Cesari Luigi

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. (a) Attorno a un pianeta, di massa M = 1024 kg, è posto, in un’orbita circolare di raggio r1, un satellite di massam = 100 kg. Sapendo che il satellite ha un periodo di rivoluzione attorno al pianeta pari a T1 = ξ h, determinare l’energiatotale del satellite (considerando nulla l’energia potenziale a distanza infinita dal pianeta). (b) A un certo punto si azionanoi motori e il satellite passa su di un’altra orbita circolare con distanza dal centro del pianeta pari a r2 = 2

3 r1. Quanto vale ilnuovo periodo di rivoluzione T2?

Energia totale [J]:

Nuovo periodo [s]:

3. Il punto di fusione normale del piombo è pari a tPFN = 327 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 23 J/g. (a) Calcolareil calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di piombo solido a temperatura tf per farlo fondere. (b) Calcolarela variazione di entropia ∆S di una massa m di piombo durante la fusione alla temperatura tf , e specificare se essa è positiva,negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 115 ξ = 779 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 12Matricola: 0000872460 Cognome e nome: Marini Luciana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un disco omogeneo è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse, in presenza diattrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto dipuro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1,

con pressione p1 = 60 Pa e volume V1 = 108 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (140 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma; (3 → 1) trasformazione isobarache chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 30 ξ = 886 Turno: 2 Fila: 10 Posto: 14Matricola: 0000839421 Cognome e nome: Castelli Lina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto materiale urta elasticamente un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza2l = 20 cm, appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete. La velocitàdel punto è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovare: (a) la velocitàv del punto materiale dopo l’urto; (b) la velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto; (c) la velocità angolare ωdell’asta dopo l’urto.

Velocità v del punto materiale dopo l’urto [cm/s]:

Velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω dell’asta dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 2nRT − εp + cost., doven = 2.0 mol e ε = 2 · 10−2 J/Pa. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 61 ξ = 23 Turno: 2 Fila: 12 Posto: 3Matricola: 0000819495 Cognome e nome: Ferretti Carlotta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un tubo omogeneo di spessore trascurabile è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alleisoipse, in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il motonon è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un recipiente è costituito da una cavità cilindrica adiabatica entro cui possono scorrere senza attrito due pistoni, anch’essiadiabatici e soggetti alla pressione atmosferica. Il volume tra i due pistoni è suddiviso in due parti da una parete diatermicafissa. La parte (1), a sinistra della parete diatermica, è riempita con n1 = 2 mol di gas perfetto biatomico, mentre la parte(2), a destra della parete diatermica, è riempita con n2 =

(

2 + 1500 ξ

)

mol di gas perfetto monoatomico. Se il gas (2) viene

compresso in maniera quasi-statica finché il suo volume diventa un terzo di quello iniziale, calcolare il rapporto ρ =V1f

V1i

tra

il volume finale e il volume iniziale del gas (1).

Rapporto ρ [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 22 ξ = 130 Turno: 2 Fila: 12 Posto: 5Matricola: 0000148817 Cognome e nome: Borghi Giacomo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Negli ultimi anni sono stati scoperti numerosi oggetti planetari oltre all’orbita del pianeta Nettuno con caratteristichefisiche comparabili a quelle del pianeta nano Plutone. Supponendo che uno di tali pianetini abbia massa M = 10−6ξ2mp eraggio R = rp, dove rp = 1150 km e mp = 1.3 · 1022 kg sono rispettivamente il raggio e la massa e di Plutone, determinare lavelocità di fuga dal pianetino.

Velocità di fuga [m/s]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 4 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T, con a = ξ K. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ e

la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 55 ξ = 237 Turno: 2 Fila: 12 Posto: 7Matricola: 0000848817 Cognome e nome: Fabbri Nadia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Uno yo-yo è costituito da un cilindro omogeneo scanalato, di raggio R = 7 cm e massa m = 100 g (scanalatura di larghezzatrascurabile), sulla cui gola, di raggio r =

(

2 + 1200ξ

)

cm, è avvolto uno spago, fissato, all’altra estremità, al soffitto. Calcolarel’accelerazione dello yo-yo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 1100 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale con pressione

pi = 25 Pa e volume Vi = 64 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche che lo portano allo statofinale, con pressione pf = 30 Pa e volume Vf = 78 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

rR

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 174 ξ = 344 Turno: 2 Fila: 12 Posto: 10Matricola: 0000651572 Cognome e nome: Sanna Rosa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Si vuole mettere un satellite artificiale, di massa msat = 120 kg, in orbita circolare attorno alla Terra, a una quotad = (40000 + 100 ξ) km sul livello del mare. Che velocità deve avere il satellite una volta raggiunta l’orbita? (Si prenda lamassa della Terra pari a Mt = 6 · 1024 kg e il raggio terrestre pari a Rt = 6350 km).

Velocità [m/s]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 11000 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1 K−1, alla temperatura

T1 = (10 + 2ξ) ◦C, è lasciato cadere nell’acqua del mare, a temperatura T2 = 10 ◦C. Trovare: (a) quanto varia l’entropiadel blocco di ferro nel raggiungimento dell’equilibrio termico; (b) quanto varia l’entropia del mare nel raggiungimentodell’equilibrio termico; (c) quanto varia l’entropia dell’universo nel raggiungimento dell’equilibrio termico. Si supponga cheil blocco e il mare non scambino calore con altri sistemi.

Variazione dell’entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione dell’entropia del mare [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 40 ξ = 451 Turno: 2 Fila: 12 Posto: 12Matricola: 0000848856 Cognome e nome: Coppola Alessia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un mattone di massa m = 1 kg scivola senza attrito lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazioneα = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta, può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazionedel cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico è costituito di quattro grammi di elio, inizialmente nello stato 1, caratterizzato dalla pressionep1 = ξ Pa e dalla temperatura T1 =

(

30 + 110ξ

)

K. Il sistema subisce dapprima una trasformazione isobara fino a raggiungerelo stato 2, in cui il volume è raddoppiato; a questo punto una trasformazione adiabatica quasi-statica porta il sistema allostato finale 3, con temperatura T3 = 2

3T1. Calcolare la pressione finale p3 del sistema e i lavori L1→2 e L2→3 compiuti dalsistema nelle due trasformazioni.

Pressione finale p3 [Pa]:

Lavoro L1→2 [J]:

Lavoro L2→3 [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1

m

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Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 35 ξ = 558 Turno: 2 Fila: 12 Posto: 14Matricola: 0000147275 Cognome e nome: Collina Gianni

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Un’asta rigida omogenea AB, di massa M = 4 kg e lunghezza L =(

78 + ξ2

)

cm, ruota attorno a un asse passante per

l’estremo A, formante un angolo di 30◦ rispetto all’asta stessa. Calcolare il momento d’inerzia dell’asta rispetto a tale asse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Il punto di ebollizione normale dell’anidride solforosa è pari a tPEN = −10.0 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazioneè cl = 389 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di anidride solforosa gassosa atemperatura te per farla condensare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di anidride solforosa durantela condensazione alla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 170 ξ = 665 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 1Matricola: 0000161737 Cognome e nome: Ruggeri Enrico

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Una sfera omogenea è fatta rotolare lungo un piano inclinato in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolodi inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente diattrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

88 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 110 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (160 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione adiabatica; (3 → 4) trasformazioneisobara che chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 57 ξ = 772 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 3Matricola: 0000917243 Cognome e nome: Farina Carmela

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un punto materiale è vincolato, da un filo inestensibile e di massa trascurabile, a percorrere su di un piano orizzontaleuna traiettoria circolare avente raggio R = 1 m. Il coefficiente di attrito dinamico con la superficie di appoggio è µ =5 · 10−2(1 + 10−2ξ). All’istante iniziale la velocità del blocco (nel SdR che ha origine nel centro della traiettoria) è ~v0 =√

gR(

1 + 10−2ξ)

m/s. Calcolare: (a) il modulo della velocità v1 quando il blocco ripassa per la prima volta per il punto dilancio; (b) il numero n di giri completi compiuti dal blocco al momento in cui si arresta.

Velocità v1 [m/s]:

Numero giri completi [adimensionale]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 3nRT + εV 2 + cost., doven = 12.0 mol e ε = 3 · 108 J m−6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume inizialeVi = 1 dm3, raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 1100 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 14 ξ = 879 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 5Matricola: 0000846060 Cognome e nome: Bernardi Gloria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Un uomo di massa m1 si trova inizialmente in quiete al centro di un carrello ferroviario rettangolare, il quale può scorreresenza attrito lungo un binario. Il carrello ha massa m2 = 5m1, lunghezza L = 2

(

3 + 10−2ξ)

m (nella direzione parallela albinario), e si trova anch’esso inizialmente in quiete. A un certo istante l’uomo si sposta sul carrello in direzione parallelaal binario, fino a raggiungere un’estremità del carrello. Trovare lo spostamento ∆s del carrello, considerando l’uomo comepuntiforme.

Spostamento carrello ∆s [m]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara ottenuta ponendo in contattoil sistema con un termostato a temperatura T2 incognita; 2 → 3: espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocorodella temperatura ottenuto ponendo in contatto il sistema con un termostato a temperatura T4 incognita; 4 → 1: compressioneadiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e che V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η delciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo, ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo, ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 108 ξ = 16 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 7Matricola: 0000150904 Cognome e nome: Mantovani Angelo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Una corona circolare omogenea, di densità superficiale σ = 1 kg/m2, con raggio interno R1 = 13 ξ cm e raggio esterno

R2 = ξ cm, ruota attorno al proprio asse di simmetria. Sapendo che il sistema è isolato e che compie un giro ogni 3 minuti,determinare il modulo del momento angolare.

Momento angolare[

kg m2/s]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 5 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 2, con a = 10−8ξ K−2. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 59 ξ = 123 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 10Matricola: 0000847628 Cognome e nome: Ferrari Anna

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Si consideri una ruota a forma di disco che rotola su di un piano orizzontale. La ruota è soggetta alla forza d’attritoradente statico ~Fa e a una forza costante ~F . La forza ~F agisce nello stesso verso della velocità del centro di massa del discoed è applicata alla ruota in un punto a una quota h da terra, sulla verticale contenente il punto istantaneo di contatto con ilterreno e il centro di massa della ruota. Se R è il raggio del disco, il moto è di puro rotolamento e tra le intensità delle due

forze vale la relazione∥

~Fa

∥= 1

2 10−3ξ∥

~F∥

∥, determinare il rapporto r = h

R.

Rapporto r = hR

[adimensionale]:

3. Un sistema termodinamico, composto da m = 110 ξ g di elio, si trova inizialmente nello stato 1, con pressione p1 = 75 Pa

e volume V1 = 30 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche. La prima, (1 → 2), è unatrasformazione isobara che lo porta al volume V2 = 40 m3. La seconda, (2 → 3), è una trasformazione adiabatica che lo portaal volume V3 = 80 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 188 ξ = 230 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 12Matricola: 0000180176 Cognome e nome: Tugnoli Fabrizio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un punto materiale di massa m = 4 kg è vincolato a muoversi lungo una guida rettilinea orizzontale fissa. Al tempo t = 0 sil punto materiale ha velocità v (0) = v0 = 1

10 ξ m/s. Il punto materiale è soggetto a una forza avente la stessa direzione

della velocità, verso opposto e modulo proporzionale alla radice quadrata del modulo della velocità, essendo k = ξ m12 kg s−

32

la costante di proporzionalità. Trovare il tempo necessario affinché il punto si arresti e la distanza percorsa dal punto[

Si ricordi che∫

dx√x

= 2√

x + C]

.

Tempo di arresto [s]:

Distanza percorsa [m]:

3. Un blocco di ghiaccio di massa m = 110 ξ g a temperatura tg = 0.0 ◦C viene gettato in un lago, la cui acqua si trova alla

temperatura tl = 15.0 ◦C. Determinare, la variazione di entropia del ghiaccio, del lago e dell’universo nel raggiungimentodello stato di equilibrio (si prenda il calore latente di fusione del ghiaccio pari a cf = 333 kJ/kg e il calore specifico dell’acquapari a c = 4.186 kJ kg−1 K−1).

Variazione dell’entropia del blocco di ghiaccio [J/K]:

Variazione dell’entropia del lago [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 34 ξ = 337 Turno: 2 Fila: 14 Posto: 14Matricola: 0000121172 Cognome e nome: Cocchi Francesco

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un carrello, dotato di 4 ruote, ha massa (escluse le ruote) pari a M = 50 kg, mentre ogni ruota ha massa pari a

m =(

0.2 + 15000 ξ

)

M e raggio r = 50 cm. Il carrello è trainato mediante una fune, con una forza orizzontale ~F di intensitàF = 100 N. Trascurando gli attriti volventi e gli attriti radenti dinamici, e considerando le ruote come cilindri omogenei,calcolare l’accelerazione del carrello.

Accelerazione del carrello[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volume V1 =1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: (1 → 2) espansione isobara ottenuta ponendo in contatto ilsistema con un termostato a temperatura T2 incognita; (2 → 3): espansione adiabatica quasi-statica; (3 → 4): abbassamentoisocoro quasi-statico della temperatura; (4 → 1): compressione adiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e

V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c)la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

MFr

m m

Esercizio n. 2

1 2

3

V

p

4

adiabaticaquasi-statica

adiabatica

quasi-statica

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 41 ξ = 444 Turno: 2 Fila: 16 Posto: 1Matricola: 0000653328 Cognome e nome: Costa Angela

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Una piattaforma circolare ruota con velocità angolare costante ω = 10 s−1 attorno a un asse normale a essa, passante peril suo centro. Solidale con la piattaforma, in direzione radiale, è fissata una guida priva di attrito sulla quale può scorrere unamassa puntiforme m = 1 kg, a sua volta attaccata all’estremo libero di una molla di costante elastica k = 100

(

2 + 10−2ξ)

N/me lunghezza a riposo L = 1 m. L’altro estremo della molla è fissato all’asse di rotazione della piattaforma. Determinare ladeformazione ∆L della molla se la massa puntiforme ha velocità radiale nulla (si consideri la deformazione ∆L positiva se lamolla è allungata rispetto alla lunghezza a riposo, negativa se la molla è accorciata).

Deformazione della molla ∆L [m]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 4nRT +ε

p2+ cost., dove

n = 4.0 mol e ε = 4 · 1012 J Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 66 ξ = 551 Turno: 2 Fila: 16 Posto: 3Matricola: 0000890229 Cognome e nome: Fiore Valeria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Si consideri il sistema meccanico in figura, con α = 30◦. Sul piano orizzontale è appoggiata una massa m1 = m(

1 + 10−2ξ)

mentre su quello inclinato vi è una massa m2 = m. Le due masse sono unite da un cavo inestensibile e di massa trascurabile,avvolto a una carrucola fissa, di forma cilindrica, omogenea e di massa M = m, libera di ruotare attorno al proprio asse.Trascurando tutti gli attriti, determinare il modulo dell’accelerazione del sistema at.

Accelerazione at

[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

75 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 92 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)

trasformazione adiabatica fino alla pressione p2 =(

260 + 110 ξ

)

Pa; (2 → 3) trasformazione isobara che raddoppia il volumedel sistema; (3 → 4) trasformazione adiabatica; (4 → 1) trasformazione isobara che chiude il ciclo. Determinare il lavorocompiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 121 ξ = 658 Turno: 2 Fila: 16 Posto: 5Matricola: 0000143156 Cognome e nome: Masetti Simone

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto si conficca in un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza 2l = 20 cm,appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete, rimanendovi attaccato. Lavelocità del punto materiale è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovarela velocità vG′ del centro di massa del sistema asta+punto dopo l’urto e la velocità angolare ω del sistema asta+punto dopol’urto.

Velocità vG′ del centro di massa del sistema asta+punto dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω del sistema asta+punto dopo l’urto [rad/s]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 6 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 2, con a = 100 ξ K2. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ

e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 25 ξ = 765 Turno: 2 Fila: 16 Posto: 7Matricola: 0000859499 Cognome e nome: Bruno Alessandra

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Due blocchi sono collegati tra loro da una funicella inestensibile di massa trascurabile, libera di scorrere senza attritonella scanalatura sottile di una carrucola cilindrica omogenea. Nell’ipotesi che i blocchi abbiano massa m1 = m e m2 = ρ me che la carrucola abbia massa M = 2m(1 + 10−2ξ), determinare il valore di ρ affinché il blocco di massa m2 cada conun’accelerazione pari a 1

6g.

Rapporto ρ = m2

m1[adimensionale]:

3. Una quantità di fluido pari a n = 2 mol si espande liberamente, in un recipiente adiabatico, dal volume iniziale Vi = 1 dm3

al volume finale Vf =(

1 + 1500 ξ

)

Vi. La temperatura iniziale del fluido è Ti = 200 K. Calcolare la variazione di temperatura∆T e la variazione di entropia ∆S del fluido nell’ipotesi che esso segua l’equazione di stato di Van der Waals, con covolumemolare b = 3.04 ·10−5 m3 mol−1, costante della pressione interna a = 0.551 J m3 mol−2 e calore molare a volume costantecV = 28.1 J mol−1 K−1.

Variazione di temperatura ∆T [K]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1 Esercizio n. 2

iV fV

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 17 ξ = 872 Turno: 2 Fila: 16 Posto: 10Matricola: 0000879737 Cognome e nome: Bianchi Paola

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Un punto materiale di massa m = 2 kg partendo da fermo è sottoposto alla forza ~F = 3ct2ı. Se il corpo passa per l’originedel sistema di coordinate al tempo t = 2 s e posto c = 1 N/s2, determinare la posizione al tempo t = 1

50 ξ s.

Posizione [m]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 1500 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1K−1, alla temperatura

t1 = 300 ◦C, viene posto a contatto termico con un blocco di piombo, di massa m2 = 116

√ξ kg e calore specifico c2 =

167 J kg−1K−1, alla temperatura t2 = 0 ◦C. I due blocchi non scambiano calore con alcun altro sistema. (a) Trovare latemperatura dei due blocchi (in ◦C) una volta che è stato raggiunto l’equilibrio termodinamico. (b) Trovare la variazione dientropia del blocco di ferro. (c) Trovare la variazione di entropia del blocco di piombo.

Temperatura finale dei due blocchi [◦C]:

Variazione di entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione di entropia del blocco di piombo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1

( )1 2T T>

2T

eT eT

Q

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 26 ξ = 839 Turno: 3 Fila: 2 Posto: 1Matricola: 0000186140 Cognome e nome: Calzolari Giuseppe

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di massa m = 1 kg, rotola senza strisciare, con l’asse parallelo alle isoipse e in assenza diattrito volvente, lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazione α = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta,può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazione del cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

108 + 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 32 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che permette di raggiungere la pressione p2 = 234 Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma fino al rag-giungimento del volume V3 = 1

10 ξV2; (3 → 4) trasformazione isocora; (4 → 1) trasformazione isoterma che chiude il ciclo.Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

Ma

m

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 81 ξ = 946 Turno: 3 Fila: 2 Posto: 5Matricola: 0000872331 Cognome e nome: Giordano Lucia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un proiettile viene sparato con velocità ~v0 di modulo ‖~v0‖ = 2(1 + 10−2ξ) m/s in direzione orizzontale a un’altezza h

dal suolo. Determinare quale debba essere il rapporto ρ = ‖~v0‖h

affinché il proiettile raggiunga il suolo con il vettore velocitàinclinato di un angolo di 30◦ rispetto alla verticale.

Rapporto ρ = ‖~v0‖h

[

s−1]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 5nRT− ε

V 3+cost., dove n = 20.0 mol

e ε = 5 · 10−4 J m9. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 119 ξ = 83 Turno: 3 Fila: 2 Posto: 7Matricola: 0000644202 Cognome e nome: Martini Cristina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Si consideri il sistema meccanico in figura, costituito da un blocco di massa m, fissato a un cavo ideale, a sua volta avvoltoattorno a una carrucola cilindrica omogenea, di massa M = 2m = (1 + 10−2ξ) kg, libera di ruotare attorno al proprio asse.L’asse della carrucola è montato su di una molla di costante elastica k = 50 N/m. Determinare la deformazione della molla∆l, durante la discesa della massa m.

Deformazione ∆l [m]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico è inizialmente in equilibrio termodinamico in uno stato 1, alla temperaturaT1 = (400 + ξ) K, in un volume V1 = 10−2 m3. A un certo istante il gas viene portato in uno stato 2 da un’espansioneadiabatica quasi-statica 1 → 2. In tale trasformazione il gas compie un lavoro pari a L1→2 = 800 J. (a) Calcolare il rapportoρ = V1

V2, essendo V2 il volume del gas al termine della trasformazione 1 → 2. A questo punto, tramite la successione di una

compressione 2 → 3, isoterma, e una trasformazione 3 → 1, isocora, (entrambe quasi-statiche) il sistema è riportato allecondizioni iniziali. (b) Calcolare il rendimento η del ciclo.

Rapporto ρ = V1

V2[adimensionale]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

1

2

3

p

VEsercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 69 ξ = 190 Turno: 3 Fila: 2 Posto: 10Matricola: 0000152198 Cognome e nome: Fontana Vittorio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una sferetta è lanciata orizzontalmente con velocità di modulo v0 = 110 ξ m/s da una parete verticale all’altezza h = 5 m

(vedi figura). Una seconda parete si trova di fronte alla prima, parallela a essa, a una distanza d = 60 cm. Nell’ipotesi chegli urti della sferetta contro le pareti siano perfettamente elastici e che la resistenza dell’aria sia trascurabile, determinare:(a) il numero N di urti contro le pareti; (b) la distanza dalla parete di lancio del punto di impatto (punto in cui la sferettaraggiunge il suolo).

Numero di urti [adimensionale]:

Distanza [cm]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 7 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-statica γ,lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 3, con a = 3 · 10−11ξ K−3. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

y

dx

0

r

v

h

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 161 ξ = 297 Turno: 3 Fila: 2 Posto: 12Matricola: 0000865340 Cognome e nome: Rizzo Valentina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Uno sciatore si trova fermo nel punto mediano di un ponte avente raggio di curvatura ρ = 2(

1 + 10−2ξ)

m (vedi figura).

Sia R(0)n il modulo della reazione vincolare che deve esercitare il ponte in queste condizioni. Determinare il rapporto r = Rn

R(0)n

dove Rn è la reazione vincolare che deve esercitare il ponte quando lo stesso sciatore transita per il suo punto mediano conmoto uniforme e velocità di modulo v =

(

1 + 10−2ξ)

m/s.

Rapporto r = Rn

R(0)n

[adimensionale]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara quasi-statica; 2 → 3:espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocoro quasi-statico della temperatura; 4 → 1: compressione adiabaticaquasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) lavariazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 133 ξ = 404 Turno: 3 Fila: 2 Posto: 14Matricola: 0000652198 Cognome e nome: Morelli Ilaria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontale egiacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) un discorigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticale nel punto O, conb = 1

1000 ξr. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandola positiva se concorde alla velocitàprima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare del disco subito dopo l’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare del disco subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Il punto di fusione normale dell’alcool etilico è pari a tPFN = −115 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 104 J/g.(a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperatura tf perfarlo solidificare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante la solidificazione allatemperatura tf , e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 186 ξ = 511 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 1Matricola: 0000119495 Cognome e nome: Tinti Alessio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. La posizione iniziale di un pendolo — costituito da un filo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza l cui è sospesoun punto materiale di massa m — forma un angolo α con la verticale. Determinare l’angolo α in modo che la tensione delfilo nel punto più basso della traiettoria sia, in modulo, pari a ‖ ~R‖ = (2 + 10−3ξ)m g.

Angolo α [◦]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 6nRT − εp2 + cost., doven = 6.0 mol e ε = 6 · 10−7 J/Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressioneiniziale pi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 200 ξ = 618 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 3Matricola: 0000152757 Cognome e nome: Zucchini Maurizio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. La lastra rettangolare mostrata nella figura ha base L = 120 ξ m e altezza H = 10 m. Inoltre, nel sistema di coordinate

mostrato nella figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1xy, dove c0 = 3 kg/m2 e c1 = 8 kg/m4.Determinare il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 8 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 3, con a = 3 · 105ξ K3. Nello stato iniziale il volume è

Vi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 143 ξ = 725 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 5Matricola: 0000852618 Cognome e nome: Palmieri Grazia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un punto materiale di massa m viene lanciato lungo il profilo rigido e liscio di raggio R = (1+10−2ξ) m mostrato in figura,con una velocità iniziale di modulo v0 =

(3 + 10−3ξ) g R. Determinare in quale punto del profilo la reazione vincolare ènulla (si determini la quota h di tale punto da terra).

Quota h [m]:

3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a tPEN = 78.5 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazione ècl = 885 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperaturate per farlo evaporare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazionealla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 20 ξ = 832 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 7Matricola: 0000155235 Cognome e nome: Bonfiglioli Carlo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una ruota di massa M = 10 kg (vedi figura), il cui momento di inerzia, rispetto al proprio asse vale Io = M2

(

r2 + R2)

conR = 50 cm e r = 1

2000 ξ R, viene lanciata su di un piano orizzontale, in presenza di attrito dinamico. All’istante del lancio lavelocità del centro di massa della ruota ha modulo v0 = 10 m/s e la ruota ha soltanto moto traslatorio. Se tr è l’istante in

cui il moto diventa di puro rotolamento, determinare il rapporto ρ = vG(tr)v0

fra il modulo della velocità del centro di massadella ruota in tale istante e il modulo della velocità iniziale del centro di massa.

Rapporto ρ [adimensionale]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = nRT − ε

V 2+cost., dove n = 4.0 mol

e ε = 10−2 J m6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1

R

r

r

v0

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 79 ξ = 939 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 10Matricola: 0000146896 Cognome e nome: Gherardi Valerio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di un disco rigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticalenel punto O, con b = 1

1000 ξr. Determinare e la velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Un recipiente cilindrico, dotato di una base mobile (pistone) contiene 3 moli di gas perfetto biatomico alla temperaturati = 0 ◦C. Mediante lo spostamento del pistone, si comprime quasi staticamente il gas, riducendone il volume dal valoreiniziale Vi = 2 ℓ al valore finale Vf = 1

1000 ξ ℓ. Se la capacità termica del contenitore è Cc = 110 ξ R, supponendo che il

contenitore non scambi calore con sistemi esterni, calcolare la temperatura finale del gas.

Temperatura finale del gas tf [◦C]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2

VC

cC

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 58 ξ = 76 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 12Matricola: 0000852136 Cognome e nome: Ferrara Monica

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1x, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m3. Determinare ilmomento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 3 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT , con a = 10−5ξ K−1. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 74 ξ = 183 Turno: 3 Fila: 4 Posto: 14Matricola: 0000847576 Cognome e nome: Gallo Giovanna

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un filo sottile, di massa trascurabile, è avvolto attorno a un rullo cilindrico pieno, di massa m = 100 g e raggio r = 2 cm.Il filo passa nella gola di una carrucola di massa trascurabile e priva di attrito e sostiene un blocco di massa M = 50 g.Il cilindro rotola senza strisciare su di un piano inclinato, di inclinazione α = 9

100 ξ◦ Determinare: (a) l’accelerazione delcilindro; (b) la tensione del filo.

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Tensione del filo [N]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova inizialmente nello stato

1, a pressione p1 = 400 Pa e volume V1 = 50 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che ne triplica la pressione; (2 → 3) trasformazione isoterma che ne triplica il volume. Calcolare lavariazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a

m Mr

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 82 ξ = 290 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 1Matricola: 0000880176 Cognome e nome: Giorgi Irene

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Dato il disco sottile e omogeneo di raggio R = ξ m e massa m = 200 g, mostrato nella figura, calcolarne il momentod’inerzia rispetto a un suo diametro.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico è costituito da n = 7 mol di freon (C Cl2 F2). Calcolare il lavoro compiuto dal sistemase esso subisce un’espansione isoterma quasi-statica alla temperatura T =

(

250 + 110ξ

)

K che lo porta dal volume iniziale

Vi = 10 ℓ al volume finale Vf =(

1 + 1100 ξ

)

Vi, nelle seguenti due ipotesi: (a) il sistema è un gas ideale; (b) il sistema è un

fluido che segue l’equazione di Van der Waals, con costante della pressione interna a = 1.078 J m3 mol−2 e covolume molareb = 9.98 ·10−5 m3 mol−1.

Lavoro compiuto (gas ideale) [J]:

Lavoro compiuto (gas di Van der Waals) [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 147 ξ = 397 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 3Matricola: 0000147424 Cognome e nome: Pasquali Gaetano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) unasbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso piano verticale nelpunto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandolapositiva se concorde alla velocità prima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare della sbarra subito dopol’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare della sbarra subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Quattro moli di gas perfetto monoatomico compiono un ciclo termodinamico, composto dalle tre seguenti trasformazioniquasi statiche: 1 → 2 isoterma a temperatura T1 =

(

20 + 12 ξ

)

K; 2 → 3 isobara con V3 = 1 m3; 3 → 1 isocora. Calcolare ilrendimento η del ciclo sapendo che p2 = 100 Pa.

Rendimento [numero puro]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 47 ξ = 504 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 5Matricola: 0000854915 Cognome e nome: De Luca Patrizia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Una sfera rigida, omogenea, di centro A, raggio R = 4 cm e massa M = 250 g, inizialmente in quiete, è urtata da un’altrasfera rigida, omogenea, di centro B, raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, che un attimo prima dell’urto trasla con unavelocità nota ~w di modulo pari a w = 100 cm/s. L’urto è perfettamente elastico e non c’è attrito tra le superfici delle duesfere. Se la distanza di A dalla retta passante per B e parallela a ~w subito prima dell’urto è pari a d = 7ξ

1000 cm (vedi figura),determinare gli angoli α (∈ [0, 90◦[ ) e β (∈ [0, 180◦] ) che le velocità delle due sfere formano con quella iniziale ~w della sferaB.

Angolo α (sfera A) [◦]:

Angolo β (sfera B) [◦]:

3. Il punto di fusione normale del piombo è pari a tPFN = 327 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 23 J/g. (a) Calcolareil calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di piombo solido a temperatura tf per farlo fondere. (b) Calcolarela variazione di entropia ∆S di una massa m di piombo durante la fusione alla temperatura tf , e specificare se essa è positiva,negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

wr

Br

AR

d

m

M

wr

r

v

Vr

ab

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 175 ξ = 611 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 7Matricola: 0000147217 Cognome e nome: Santi Gianluca

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Data la lastra a forma di triangolo rettangolo mostrata nella figura, omogenea e di massa m = ξ g, alta H = 10 cm e conl’angolo α = π

6 rad, determinarne il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1,

con pressione p1 = 60 Pa e volume V1 = 108 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (140 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma; (3 → 1) trasformazione isobarache chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 183 ξ = 718 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 10Matricola: 0000145617 Cognome e nome: Stagni Giancarlo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di una sbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso pianoverticale nel punto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità angolare della sbarra (con il puntoconficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare della sbarra (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 2nRT − εp + cost., doven = 2.0 mol e ε = 2 · 10−2 J/Pa. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 65 ξ = 825 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 12Matricola: 0000143396 Cognome e nome: Fini Edoardo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Un sistema binario è costituito da due stelle che si muovono su orbite circolari, a distanza rispettivamente d1 = 8 · 104 kme d2 = 6 · 105 km dal centro di rivoluzione del sistema, con un periodo T = ξ giorni. Determinare le masse delle due stelle.

Massa della stella più massiva M1 [kg]:

Massa della stella meno massiva M2 [kg]:

3. Un recipiente è costituito da una cavità cilindrica adiabatica entro cui possono scorrere senza attrito due pistoni, anch’essiadiabatici e soggetti alla pressione atmosferica. Il volume tra i due pistoni è suddiviso in due parti da una parete diatermicafissa. La parte (1), a sinistra della parete diatermica, è riempita con n1 = 2 mol di gas perfetto biatomico, mentre la parte(2), a destra della parete diatermica, è riempita con n2 =

(

2 + 1500 ξ

)

mol di gas perfetto monoatomico. Se il gas (2) viene

compresso in maniera quasi-statica finché il suo volume diventa un terzo di quello iniziale, calcolare il rapporto ρ =V1f

V1i

tra

il volume finale e il volume iniziale del gas (1).

Rapporto ρ [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 87 ξ = 932 Turno: 3 Fila: 6 Posto: 14Matricola: 0000612699 Cognome e nome: Grandi Camilla

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Un punto materiale, di massa m = 100 g è appoggiato su di un cuneo liscio, di massa M1 = 1100 ξm e angolo α = 10◦. Il

cuneo, a sua volta, è vincolato a scorrere senza attrito su di un piano orizzontale liscio. Supponendo che inizialmente tuttosia in quiete e che il punto materiale si trovi a un’altezza h0 = 50 cm rispetto al piano orizzontale, calcolare: (a) la velocitàdi traslazione del cuneo quando il punto materiale è sceso sul piano orizzontale; (b) supponendo poi che il punto, una voltaraggiunto il piano orizzontale, incontri un secondo cuneo liscio, di massa M2 = 4m e angolo β = 20◦, anch’esso libero discorrere senza attrito sul piano orizzontale, calcolare la massima altezza h raggiunta dal punto materiale sul secondo cuneo.

Velocità di traslazione del cuneo [cm/s]:

Altezza raggiunta dal punto sul secondo cuneo [cm]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 4 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T, con a = ξ K. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ e

la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1

a b

h0

M1

M2

m

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 181 ξ = 69 Turno: 3 Fila: 8 Posto: 1Matricola: 0000984614 Cognome e nome: Silvestri Sonia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1y2, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m4. Determinare il

momento d’inerzia della lastra rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 1100 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale con pressione

pi = 25 Pa e volume Vi = 64 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche che lo portano allo statofinale, con pressione pf = 30 Pa e volume Vf = 78 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 28 ξ = 176 Turno: 3 Fila: 8 Posto: 3Matricola: 0000861395 Cognome e nome: Carli Annalisa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Calcolare la velocità di fuga da un pianeta di massa M = 1024 kg e raggio R =(

ξ2 × 104)

m.

Velocità di fuga [m/s]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 11000 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1 K−1, alla temperatura

T1 = (10 + 2ξ) ◦C, è lasciato cadere nell’acqua del mare, a temperatura T2 = 10 ◦C. Trovare: (a) quanto varia l’entropiadel blocco di ferro nel raggiungimento dell’equilibrio termico; (b) quanto varia l’entropia del mare nel raggiungimentodell’equilibrio termico; (c) quanto varia l’entropia dell’universo nel raggiungimento dell’equilibrio termico. Si supponga cheil blocco e il mare non scambino calore con altri sistemi.

Variazione dell’entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione dell’entropia del mare [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 83 ξ = 283 Turno: 3 Fila: 8 Posto: 5Matricola: 0000158319 Cognome e nome: Giovannini Guido

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, rotola senza strisciare su di un piano orizzontale,soggetto all’azione della forza costante ~F , di modulo pari a F = ξ N, parallela al piano orizzontale, applicata al centrodi massa del rullo e perpendicolare a al suo asse (vedi figura). Determinare l’accelerazione del centro di massa del rullo(supponendo che l’attrito volvente sia trascurabile).

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico è costituito di quattro grammi di elio, inizialmente nello stato 1, caratterizzato dalla pressionep1 = ξ Pa e dalla temperatura T1 =

(

30 + 110ξ

)

K. Il sistema subisce dapprima una trasformazione isobara fino a raggiungerelo stato 2, in cui il volume è raddoppiato; a questo punto una trasformazione adiabatica quasi-statica porta il sistema allostato finale 3, con temperatura T3 = 2

3T1. Calcolare la pressione finale p3 del sistema e i lavori L1→2 e L2→3 compiuti dalsistema nelle due trasformazioni.

Pressione finale p3 [Pa]:

Lavoro L1→2 [J]:

Lavoro L2→3 [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1

Fr

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 172 ξ = 390 Turno: 3 Fila: 8 Posto: 7Matricola: 0000141965 Cognome e nome: Russo Marco

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Il disco sottile mostrato nella figura ha raggio R = ξ m e densità superficiale di massa σ (r) = σ0 + cr, dove c = 5 kg/m3 eσ0 = 4 kg/m2. Determinare il momento d’inerzia del disco rispetto a un asse perpendicolare al disco e passante per il centrodel disco stesso.

momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Il punto di ebollizione normale dell’anidride solforosa è pari a tPEN = −10.0 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazioneè cl = 389 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di anidride solforosa gassosa atemperatura te per farla condensare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di anidride solforosa durantela condensazione alla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 11 ξ = 497 Turno: 3 Fila: 8 Posto: 10Matricola: 0000148856 Cognome e nome: Benassi Renato

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Due sfere omogenee, entrambe di raggio R = 1 cm, aventi la medesima massa m = 100 g, scendono lungo un pianoinclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad: la prima strisciando senza rotolare in assenza di ogni forma di attrito, la secondarotolando senza strisciare, in assenza di attrito volvente. Determinare le accelerazioni dei centri di massa delle 2 sfere.

Accelerazione della sfera che striscia[

m/s2]

:

Accelerazione della sfera che rotola[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

88 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 110 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (160 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione adiabatica; (3 → 4) trasformazioneisobara che chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a a

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 102 ξ = 604 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 1Matricola: 0000841965 Cognome e nome: Lombardi Sara

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Un razzo, di massa a vuoto pari a M0 = 20 kg, è rifornito con una quantità di gas pari a Mg0 =(

110 ξ + 10

)

kg. All’istanteiniziale il razzo inizia a espellere il gas contenuto al suo interno verso il basso, con velocità costante vg, e rateo costante dimassa espulsa per unità di tempo pari a k = 10 kg/s. Determinare la minima velocità di espulsione del gas vg affinché ilrazzo inizi a sollevarsi nel momento in cui si accende il motore.

Velocità minima [m/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 3nRT + εV 2 + cost., doven = 12.0 mol e ε = 3 · 108 J m−6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume inizialeVi = 1 dm3, raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 1100 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 78 ξ = 711 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 3Matricola: 0000872721 Cognome e nome: Gentile Manuela

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una palla da biliardo cava, di raggio r = 3 cm, massa m = 300 g e momento di inerzia rispetto a un asse passanteper il centro pari a (0.4 + 0.0002× ξ)mr2, è colpita centralmente con una stecca (asse della stecca passante per il centrodella palla), acquistando in questo modo una velocità iniziale v0 = ξ

10 cm/s (moto di pura traslazione). Il coefficiente diattrito radente dinamico del biliardo è µ = 0.1, mentre l’attrito volvente è trascurabile. Calcolare (a) la velocità e (b) lospostamento della palla nell’istante in cui essa smette di strisciare sul tavolo (cioè nell’istante in cui il moto diventa un motodi rotolamento puro).

Velocità [cm/s]:

Spostamento [cm]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara ottenuta ponendo in contattoil sistema con un termostato a temperatura T2 incognita; 2 → 3: espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocorodella temperatura ottenuto ponendo in contatto il sistema con un termostato a temperatura T4 incognita; 4 → 1: compressioneadiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e che V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η delciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo, ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo, ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

0

r

v

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 116 ξ = 818 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 5Matricola: 0000844777 Cognome e nome: Marino Chiara

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un pacco pesante, di massa m = 80 kg, è trascinato su di un pavimento orizzontale mediante una fune, tesa a un angoloα = 1

2000 ξπ rad rispetto all’orizzontale. Il coefficiente di attrito dinamico tra pacco e pavimento è pari a µ = 0.4. (a) Qualeforza deve essere esercitata sulla fune affinché il moto sia uniforme? (b) Quale forza deve essere esercitata sulla fune affinchéil moto sia uniformemente accelerato con accelerazione a = 2 m/s2?

Forza necessaria per il moto uniforme [N]:

Forza necessaria per il moto uniformemente accelerato [N]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 5 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 2, con a = 10−8ξ K−2. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

a

m

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 97 ξ = 925 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 7Matricola: 0000146535 Cognome e nome: Lelli Giuliano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Tre corpi omogenei, una sfera, un cilindro e un tubo di spessore trascurabile, tutti di raggio R = 2 cm, e aventi la medesimamassa m = 300 g, scendono lungo un piano inclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad, rotolando senza strisciare, in assenzadi attrito volvente e con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse. Determinare le accelerazioni dei 3 corpi.

Accelerazione della sfera[

m/s2]

:

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Accelerazione del tubo[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da m = 110 ξ g di elio, si trova inizialmente nello stato 1, con pressione p1 = 75 Pa

e volume V1 = 30 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche. La prima, (1 → 2), è unatrasformazione isobara che lo porta al volume V2 = 40 m3. La seconda, (2 → 3), è una trasformazione adiabatica che lo portaal volume V3 = 80 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1

a aa

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 179 ξ = 62 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 10Matricola: 0000753699 Cognome e nome: Serra Cecilia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un cubetto, di massa m = 1 g, è posto all’interno di un imbuto che ruota attorno al proprio asse, disposto verticalmente(vedi figura), con frequenza pari a ν s−1 (cioè ν giri/s). Le pareti dell’imbuto sono inclinate di un angolo θ = 60◦ rispettoalla verticale, il coefficiente di attrito statico tra cubetto e imbuto è pari a f = 1

1000 ξ e il centro del cubetto si trova a unadistanza r = 5 cm dall’asse dell’imbuto. Quali sono i valori minimo e massimo della frequenza di rotazione ν per i quali ilcubetto non si muove rispetto all’imbuto?

Frequenza minima[

s−1]

:

Frequenza massima[

s−1]

:

3. Un blocco di ghiaccio di massa m = 110 ξ g a temperatura tg = 0.0 ◦C viene gettato in un lago, la cui acqua si trova alla

temperatura tl = 15.0 ◦C. Determinare, la variazione di entropia del ghiaccio, del lago e dell’universo nel raggiungimentodello stato di equilibrio (si prenda il calore latente di fusione del ghiaccio pari a cf = 333 kJ/kg e il calore specifico dell’acquapari a c = 4.186 kJ kg−1 K−1).

Variazione dell’entropia del blocco di ghiaccio [J/K]:

Variazione dell’entropia del lago [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1

m

r

n

q

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 167 ξ = 169 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 12Matricola: 0000840437 Cognome e nome: Rossi Maria

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un’asta omogenea di massa m e lunghezza l = 100 cm reca agli estremi due masse puntiformi: m1 = 10−3ξm edm2 =

(

1 − 10−3ξ)

m. L’asta è posta in rotazione con una certa velocità angolare attorno a un asse, a essa ortogonale,passante per il punto dell’asta che si trova a distanza x dalla massa m1. Sapendo che il sistema è soggetto a una coppiafrenante di momento costante, determinare il valore di x affinché esso si fermi nel minor tempo possibile.

Distanza x [cm]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volume V1 =1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: (1 → 2) espansione isobara ottenuta ponendo in contatto ilsistema con un termostato a temperatura T2 incognita; (2 → 3): espansione adiabatica quasi-statica; (3 → 4): abbassamentoisocoro quasi-statico della temperatura; (4 → 1): compressione adiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e

V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c)la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

1 2

3

V

p

4

adiabaticaquasi-statica

adiabatica

quasi-statica

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 145 ξ = 276 Turno: 3 Fila: 10 Posto: 14Matricola: 0000144998 Cognome e nome: Pancaldi Pietro

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. (a) Attorno a un pianeta, di massa M = 1024 kg, è posto, in un’orbita circolare di raggio r1, un satellite di massam = 100 kg. Sapendo che il satellite ha un periodo di rivoluzione attorno al pianeta pari a T1 = ξ h, determinare l’energiatotale del satellite (considerando nulla l’energia potenziale a distanza infinita dal pianeta). (b) A un certo punto si azionanoi motori e il satellite passa su di un’altra orbita circolare con distanza dal centro del pianeta pari a r2 = 2

3 r1. Quanto vale ilnuovo periodo di rivoluzione T2?

Energia totale [J]:

Nuovo periodo [s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 4nRT +ε

p2+ cost., dove

n = 4.0 mol e ε = 4 · 1012 J Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 142 ξ = 383 Turno: 3 Fila: 12 Posto: 3Matricola: 0000179583 Cognome e nome: Orsi Gaetano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un disco omogeneo è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse, in presenza diattrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto dipuro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

75 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 92 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)

trasformazione adiabatica fino alla pressione p2 =(

260 + 110 ξ

)

Pa; (2 → 3) trasformazione isobara che raddoppia il volumedel sistema; (3 → 4) trasformazione adiabatica; (4 → 1) trasformazione isobara che chiude il ciclo. Determinare il lavorocompiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 192 ξ = 490 Turno: 3 Fila: 12 Posto: 5Matricola: 0000862898 Cognome e nome: Venturi Emma

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto materiale urta elasticamente un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza2l = 20 cm, appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete. La velocitàdel punto è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovare: (a) la velocitàv del punto materiale dopo l’urto; (b) la velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto; (c) la velocità angolare ωdell’asta dopo l’urto.

Velocità v del punto materiale dopo l’urto [cm/s]:

Velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω dell’asta dopo l’urto [rad/s]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 6 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 2, con a = 100 ξ K2. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ

e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 106 ξ = 597 Turno: 3 Fila: 12 Posto: 7Matricola: 0000115908 Cognome e nome: Malaguti Paolo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un tubo omogeneo di spessore trascurabile è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alleisoipse, in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il motonon è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Una quantità di fluido pari a n = 2 mol si espande liberamente, in un recipiente adiabatico, dal volume iniziale Vi = 1 dm3

al volume finale Vf =(

1 + 1500 ξ

)

Vi. La temperatura iniziale del fluido è Ti = 200 K. Calcolare la variazione di temperatura∆T e la variazione di entropia ∆S del fluido nell’ipotesi che esso segua l’equazione di stato di Van der Waals, con covolumemolare b = 3.04 ·10−5 m3 mol−1, costante della pressione interna a = 0.551 J m3 mol−2 e calore molare a volume costantecV = 28.1 J mol−1 K−1.

Variazione di temperatura ∆T [K]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

iV fV

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 99 ξ = 704 Turno: 3 Fila: 12 Posto: 10Matricola: 0000847739 Cognome e nome: Leone Stefania

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Negli ultimi anni sono stati scoperti numerosi oggetti planetari oltre all’orbita del pianeta Nettuno con caratteristichefisiche comparabili a quelle del pianeta nano Plutone. Supponendo che uno di tali pianetini abbia massa M = 10−6ξ2mp eraggio R = rp, dove rp = 1150 km e mp = 1.3 · 1022 kg sono rispettivamente il raggio e la massa e di Plutone, determinare lavelocità di fuga dal pianetino.

Velocità di fuga [m/s]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 1500 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1K−1, alla temperatura

t1 = 300 ◦C, viene posto a contatto termico con un blocco di piombo, di massa m2 = 116

√ξ kg e calore specifico c2 =

167 J kg−1K−1, alla temperatura t2 = 0 ◦C. I due blocchi non scambiano calore con alcun altro sistema. (a) Trovare latemperatura dei due blocchi (in ◦C) una volta che è stato raggiunto l’equilibrio termodinamico. (b) Trovare la variazione dientropia del blocco di ferro. (c) Trovare la variazione di entropia del blocco di piombo.

Temperatura finale dei due blocchi [◦C]:

Variazione di entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione di entropia del blocco di piombo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

( )1 2T T>

2T

eT eT

Q

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 122 ξ = 811 Turno: 3 Fila: 12 Posto: 12Matricola: 0000154335 Cognome e nome: Mattioli Nicola

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Uno yo-yo è costituito da un cilindro omogeneo scanalato, di raggio R = 7 cm e massa m = 100 g (scanalatura di larghezzatrascurabile), sulla cui gola, di raggio r =

(

2 + 1200ξ

)

cm, è avvolto uno spago, fissato, all’altra estremità, al soffitto. Calcolarel’accelerazione dello yo-yo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

108 + 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 32 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che permette di raggiungere la pressione p2 = 234 Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma fino al rag-giungimento del volume V3 = 1

10 ξV2; (3 → 4) trasformazione isocora; (4 → 1) trasformazione isoterma che chiude il ciclo.Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1

rR

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 182 ξ = 918 Turno: 3 Fila: 12 Posto: 14Matricola: 0000181736 Cognome e nome: Simoni Mauro

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Si vuole mettere un satellite artificiale, di massa msat = 120 kg, in orbita circolare attorno alla Terra, a una quotad = (40000 + 100 ξ) km sul livello del mare. Che velocità deve avere il satellite una volta raggiunta l’orbita? (Si prenda lamassa della Terra pari a Mt = 6 · 1024 kg e il raggio terrestre pari a Rt = 6350 km).

Velocità [m/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 5nRT− ε

V 3+cost., dove n = 20.0 mol

e ε = 5 · 10−4 J m9. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 105 ξ = 55 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 1Matricola: 0000184614 Cognome e nome: Maccaferri Silvano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Un mattone di massa m = 1 kg scivola senza attrito lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazioneα = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta, può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazionedel cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico è inizialmente in equilibrio termodinamico in uno stato 1, alla temperaturaT1 = (400 + ξ) K, in un volume V1 = 10−2 m3. A un certo istante il gas viene portato in uno stato 2 da un’espansioneadiabatica quasi-statica 1 → 2. In tale trasformazione il gas compie un lavoro pari a L1→2 = 800 J. (a) Calcolare il rapportoρ = V1

V2, essendo V2 il volume del gas al termine della trasformazione 1 → 2. A questo punto, tramite la successione di una

compressione 2 → 3, isoterma, e una trasformazione 3 → 1, isocora, (entrambe quasi-statiche) il sistema è riportato allecondizioni iniziali. (b) Calcolare il rendimento η del ciclo.

Rapporto ρ = V1

V2[adimensionale]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

m

Ma

Esercizio n. 2

1

2

3

p

VEsercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 146 ξ = 162 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 3Matricola: 0000618716 Cognome e nome: Parisi Rita

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un’asta rigida omogenea AB, di massa M = 4 kg e lunghezza L =(

78 + ξ2

)

cm, ruota attorno a un asse passante per

l’estremo A, formante un angolo di 30◦ rispetto all’asta stessa. Calcolare il momento d’inerzia dell’asta rispetto a tale asse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 7 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-statica γ,lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 3, con a = 3 · 10−11ξ K−3. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 137 ξ = 269 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 5Matricola: 0000139421 Cognome e nome: Negrini Piero

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Una sfera omogenea è fatta rotolare lungo un piano inclinato in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolodi inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente diattrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara quasi-statica; 2 → 3:espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocoro quasi-statico della temperatura; 4 → 1: compressione adiabaticaquasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) lavariazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 194 ξ = 376 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 7Matricola: 0000892837 Cognome e nome: Villa Marisa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Un punto materiale è vincolato, da un filo inestensibile e di massa trascurabile, a percorrere su di un piano orizzontaleuna traiettoria circolare avente raggio R = 1 m. Il coefficiente di attrito dinamico con la superficie di appoggio è µ =5 · 10−2(1 + 10−2ξ). All’istante iniziale la velocità del blocco (nel SdR che ha origine nel centro della traiettoria) è ~v0 =√

gR(

1 + 10−2ξ)

m/s. Calcolare: (a) il modulo della velocità v1 quando il blocco ripassa per la prima volta per il punto dilancio; (b) il numero n di giri completi compiuti dal blocco al momento in cui si arresta.

Velocità v1 [m/s]:

Numero giri completi [adimensionale]:

3. Il punto di fusione normale dell’alcool etilico è pari a tPFN = −115 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 104 J/g.(a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperatura tf perfarlo solidificare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante la solidificazione allatemperatura tf , e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 130 ξ = 483 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 10Matricola: 0000843396 Cognome e nome: Montanari Gianna

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Un uomo di massa m1 si trova inizialmente in quiete al centro di un carrello ferroviario rettangolare, il quale può scorreresenza attrito lungo un binario. Il carrello ha massa m2 = 5m1, lunghezza L = 2

(

3 + 10−2ξ)

m (nella direzione parallela albinario), e si trova anch’esso inizialmente in quiete. A un certo istante l’uomo si sposta sul carrello in direzione parallelaal binario, fino a raggiungere un’estremità del carrello. Trovare lo spostamento ∆s del carrello, considerando l’uomo comepuntiforme.

Spostamento carrello ∆s [m]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 6nRT − εp2 + cost., doven = 6.0 mol e ε = 6 · 10−7 J/Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressioneiniziale pi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 23 ξ = 590 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 12Matricola: 0000152322 Cognome e nome: Bortolotti Roberto

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Una corona circolare omogenea, di densità superficiale σ = 1 kg/m2, con raggio interno R1 = 13 ξ cm e raggio esterno

R2 = ξ cm, ruota attorno al proprio asse di simmetria. Sapendo che il sistema è isolato e che compie un giro ogni 3 minuti,determinare il modulo del momento angolare.

Momento angolare[

kg m2/s]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 8 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 3, con a = 3 · 105ξ K3. Nello stato iniziale il volume è

Vi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 109 ξ = 697 Turno: 3 Fila: 14 Posto: 14Matricola: 0000172460 Cognome e nome: Marchesini Lorenzo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Si consideri una ruota a forma di disco che rotola su di un piano orizzontale. La ruota è soggetta alla forza d’attritoradente statico ~Fa e a una forza costante ~F . La forza ~F agisce nello stesso verso della velocità del centro di massa del discoed è applicata alla ruota in un punto a una quota h da terra, sulla verticale contenente il punto istantaneo di contatto con ilterreno e il centro di massa della ruota. Se R è il raggio del disco, il moto è di puro rotolamento e tra le intensità delle due

forze vale la relazione∥

~Fa

∥= 1

2 10−3ξ∥

~F∥

∥, determinare il rapporto r = h

R.

Rapporto r = hR

[adimensionale]:

3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a tPEN = 78.5 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazione ècl = 885 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperaturate per farlo evaporare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazionealla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1 Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 178 ξ = 804 Turno: 3 Fila: 16 Posto: 1Matricola: 0000560258 Cognome e nome: Sartori Isabella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Un punto materiale di massa m = 4 kg è vincolato a muoversi lungo una guida rettilinea orizzontale fissa. Al tempo t = 0 sil punto materiale ha velocità v (0) = v0 = 1

10 ξ m/s. Il punto materiale è soggetto a una forza avente la stessa direzione

della velocità, verso opposto e modulo proporzionale alla radice quadrata del modulo della velocità, essendo k = ξ m12 kg s−

32

la costante di proporzionalità. Trovare il tempo necessario affinché il punto si arresti e la distanza percorsa dal punto[

Si ricordi che∫

dx√x

= 2√

x + C]

.

Tempo di arresto [s]:

Distanza percorsa [m]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = nRT − ε

V 2+cost., dove n = 4.0 mol

e ε = 10−2 J m6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 27 ξ = 911 Turno: 3 Fila: 16 Posto: 3Matricola: 0000171317 Cognome e nome: Capelli Renzo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Un carrello, dotato di 4 ruote, ha massa (escluse le ruote) pari a M = 50 kg, mentre ogni ruota ha massa pari a

m =(

0.2 + 15000 ξ

)

M e raggio r = 50 cm. Il carrello è trainato mediante una fune, con una forza orizzontale ~F di intensitàF = 100 N. Trascurando gli attriti volventi e gli attriti radenti dinamici, e considerando le ruote come cilindri omogenei,calcolare l’accelerazione del carrello.

Accelerazione del carrello[

m/s2]

:

3. Un recipiente cilindrico, dotato di una base mobile (pistone) contiene 3 moli di gas perfetto biatomico alla temperaturati = 0 ◦C. Mediante lo spostamento del pistone, si comprime quasi staticamente il gas, riducendone il volume dal valoreiniziale Vi = 2 ℓ al valore finale Vf = 1

1000 ξ ℓ. Se la capacità termica del contenitore è Cc = 110 ξ R, supponendo che il

contenitore non scambi calore con sistemi esterni, calcolare la temperatura finale del gas.

Temperatura finale del gas tf [◦C]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

MFr

m m

Esercizio n. 2

VC

cC

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 56 ξ = 48 Turno: 3 Fila: 16 Posto: 5Matricola: 0000110160 Cognome e nome: Fanti Pasquale

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una piattaforma circolare ruota con velocità angolare costante ω = 10 s−1 attorno a un asse normale a essa, passante peril suo centro. Solidale con la piattaforma, in direzione radiale, è fissata una guida priva di attrito sulla quale può scorrere unamassa puntiforme m = 1 kg, a sua volta attaccata all’estremo libero di una molla di costante elastica k = 100

(

2 + 10−2ξ)

N/me lunghezza a riposo L = 1 m. L’altro estremo della molla è fissato all’asse di rotazione della piattaforma. Determinare ladeformazione ∆L della molla se la massa puntiforme ha velocità radiale nulla (si consideri la deformazione ∆L positiva se lamolla è allungata rispetto alla lunghezza a riposo, negativa se la molla è accorciata).

Deformazione della molla ∆L [m]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 3 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT , con a = 10−5ξ K−1. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 62 ξ = 155 Turno: 3 Fila: 16 Posto: 7Matricola: 0000853916 Cognome e nome: Ferri Antonella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Si consideri il sistema meccanico in figura, con α = 30◦. Sul piano orizzontale è appoggiata una massa m1 = m(

1 + 10−2ξ)

mentre su quello inclinato vi è una massa m2 = m. Le due masse sono unite da un cavo inestensibile e di massa trascurabile,avvolto a una carrucola fissa, di forma cilindrica, omogenea e di massa M = m, libera di ruotare attorno al proprio asse.Trascurando tutti gli attriti, determinare il modulo dell’accelerazione del sistema at.

Accelerazione at

[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova inizialmente nello stato

1, a pressione p1 = 400 Pa e volume V1 = 50 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che ne triplica la pressione; (2 → 3) trasformazione isoterma che ne triplica il volume. Calcolare lavariazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 101 ξ = 262 Turno: 3 Fila: 16 Posto: 10Matricola: 0000885620 Cognome e nome: Lolli Carmen

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto si conficca in un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza 2l = 20 cm,appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete, rimanendovi attaccato. Lavelocità del punto materiale è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovarela velocità vG′ del centro di massa del sistema asta+punto dopo l’urto e la velocità angolare ω del sistema asta+punto dopol’urto.

Velocità vG′ del centro di massa del sistema asta+punto dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω del sistema asta+punto dopo l’urto [rad/s]:

3. Un sistema termodinamico è costituito da n = 7 mol di freon (C Cl2 F2). Calcolare il lavoro compiuto dal sistemase esso subisce un’espansione isoterma quasi-statica alla temperatura T =

(

250 + 110ξ

)

K che lo porta dal volume iniziale

Vi = 10 ℓ al volume finale Vf =(

1 + 1100 ξ

)

Vi, nelle seguenti due ipotesi: (a) il sistema è un gas ideale; (b) il sistema è un

fluido che segue l’equazione di Van der Waals, con costante della pressione interna a = 1.078 J m3 mol−2 e covolume molareb = 9.98 ·10−5 m3 mol−1.

Lavoro compiuto (gas ideale) [J]:

Lavoro compiuto (gas di Van der Waals) [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 85 ξ = 173 Turno: 4 Fila: 2 Posto: 1Matricola: 0000610160 Cognome e nome: Giuliani Sabrina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Due blocchi sono collegati tra loro da una funicella inestensibile di massa trascurabile, libera di scorrere senza attritonella scanalatura sottile di una carrucola cilindrica omogenea. Nell’ipotesi che i blocchi abbiano massa m1 = m e m2 = ρ me che la carrucola abbia massa M = 2m(1 + 10−2ξ), determinare il valore di ρ affinché il blocco di massa m2 cada conun’accelerazione pari a 1

6g.

Rapporto ρ = m2

m1[adimensionale]:

3. Quattro moli di gas perfetto monoatomico compiono un ciclo termodinamico, composto dalle tre seguenti trasformazioniquasi statiche: 1 → 2 isoterma a temperatura T1 =

(

20 + 12 ξ

)

K; 2 → 3 isobara con V3 = 1 m3; 3 → 1 isocora. Calcolare ilrendimento η del ciclo sapendo che p2 = 100 Pa.

Rendimento [numero puro]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 3 ξ = 280 Turno: 4 Fila: 2 Posto: 5Matricola: 0000888996 Cognome e nome: Amato Loredana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un punto materiale di massa m = 2 kg partendo da fermo è sottoposto alla forza ~F = 3ct2ı. Se il corpo passa per l’originedel sistema di coordinate al tempo t = 2 s e posto c = 1 N/s2, determinare la posizione al tempo t = 1

50 ξ s.

Posizione [m]:

3. Il punto di fusione normale del piombo è pari a tPFN = 327 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 23 J/g. (a) Calcolareil calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di piombo solido a temperatura tf per farlo fondere. (b) Calcolarela variazione di entropia ∆S di una massa m di piombo durante la fusione alla temperatura tf , e specificare se essa è positiva,negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 196 ξ = 387 Turno: 4 Fila: 2 Posto: 7Matricola: 0000861396 Cognome e nome: Vitale Maria Teresa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di massa m = 1 kg, rotola senza strisciare, con l’asse parallelo alle isoipse e in assenza diattrito volvente, lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazione α = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta,può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazione del cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1,

con pressione p1 = 60 Pa e volume V1 = 108 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (140 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma; (3 → 1) trasformazione isobarache chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1

Ma

m

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 128 ξ = 494 Turno: 4 Fila: 2 Posto: 10Matricola: 0000856178 Cognome e nome: Messina Beatrice

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Un proiettile viene sparato con velocità ~v0 di modulo ‖~v0‖ = 2(1 + 10−2ξ) m/s in direzione orizzontale a un’altezza h

dal suolo. Determinare quale debba essere il rapporto ρ = ‖~v0‖h

affinché il proiettile raggiunga il suolo con il vettore velocitàinclinato di un angolo di 30◦ rispetto alla verticale.

Rapporto ρ = ‖~v0‖h

[

s−1]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 2nRT − εp + cost., doven = 2.0 mol e ε = 2 · 10−2 J/Pa. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 139 ξ = 601 Turno: 4 Fila: 2 Posto: 12Matricola: 0000873306 Cognome e nome: Neri Maria Pia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Si consideri il sistema meccanico in figura, costituito da un blocco di massa m, fissato a un cavo ideale, a sua volta avvoltoattorno a una carrucola cilindrica omogenea, di massa M = 2m = (1 + 10−2ξ) kg, libera di ruotare attorno al proprio asse.L’asse della carrucola è montato su di una molla di costante elastica k = 50 N/m. Determinare la deformazione della molla∆l, durante la discesa della massa m.

Deformazione ∆l [m]:

3. Un recipiente è costituito da una cavità cilindrica adiabatica entro cui possono scorrere senza attrito due pistoni, anch’essiadiabatici e soggetti alla pressione atmosferica. Il volume tra i due pistoni è suddiviso in due parti da una parete diatermicafissa. La parte (1), a sinistra della parete diatermica, è riempita con n1 = 2 mol di gas perfetto biatomico, mentre la parte(2), a destra della parete diatermica, è riempita con n2 =

(

2 + 1500 ξ

)

mol di gas perfetto monoatomico. Se il gas (2) viene

compresso in maniera quasi-statica finché il suo volume diventa un terzo di quello iniziale, calcolare il rapporto ρ =V1f

V1i

tra

il volume finale e il volume iniziale del gas (1).

Rapporto ρ [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 141 ξ = 708 Turno: 4 Fila: 2 Posto: 14Matricola: 0000847424 Cognome e nome: Orlando Iolanda

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una sferetta è lanciata orizzontalmente con velocità di modulo v0 = 110 ξ m/s da una parete verticale all’altezza h = 5 m

(vedi figura). Una seconda parete si trova di fronte alla prima, parallela a essa, a una distanza d = 60 cm. Nell’ipotesi chegli urti della sferetta contro le pareti siano perfettamente elastici e che la resistenza dell’aria sia trascurabile, determinare:(a) il numero N di urti contro le pareti; (b) la distanza dalla parete di lancio del punto di impatto (punto in cui la sferettaraggiunge il suolo).

Numero di urti [adimensionale]:

Distanza [cm]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 4 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T, con a = ξ K. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ e

la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1

O

y

dx

0

r

v

h

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 103 ξ = 815 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 1Matricola: 0000862147 Cognome e nome: Lombardo Mara

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Uno sciatore si trova fermo nel punto mediano di un ponte avente raggio di curvatura ρ = 2(

1 + 10−2ξ)

m (vedi figura).

Sia R(0)n il modulo della reazione vincolare che deve esercitare il ponte in queste condizioni. Determinare il rapporto r = Rn

R(0)n

dove Rn è la reazione vincolare che deve esercitare il ponte quando lo stesso sciatore transita per il suo punto mediano conmoto uniforme e velocità di modulo v =

(

1 + 10−2ξ)

m/s.

Rapporto r = Rn

R(0)n

[adimensionale]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 1100 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale con pressione

pi = 25 Pa e volume Vi = 64 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche che lo portano allo statofinale, con pressione pf = 30 Pa e volume Vf = 78 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 112 ξ = 922 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 3Matricola: 0000148981 Cognome e nome: Marchi Riccardo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontale egiacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) un discorigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticale nel punto O, conb = 1

1000 ξr. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandola positiva se concorde alla velocitàprima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare del disco subito dopo l’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare del disco subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 11000 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1 K−1, alla temperatura

T1 = (10 + 2ξ) ◦C, è lasciato cadere nell’acqua del mare, a temperatura T2 = 10 ◦C. Trovare: (a) quanto varia l’entropiadel blocco di ferro nel raggiungimento dell’equilibrio termico; (b) quanto varia l’entropia del mare nel raggiungimentodell’equilibrio termico; (c) quanto varia l’entropia dell’universo nel raggiungimento dell’equilibrio termico. Si supponga cheil blocco e il mare non scambino calore con altri sistemi.

Variazione dell’entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione dell’entropia del mare [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 135 ξ = 59 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 5Matricola: 0000144202 Cognome e nome: Naldi Luca

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. La posizione iniziale di un pendolo — costituito da un filo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza l cui è sospesoun punto materiale di massa m — forma un angolo α con la verticale. Determinare l’angolo α in modo che la tensione delfilo nel punto più basso della traiettoria sia, in modulo, pari a ‖ ~R‖ = (2 + 10−3ξ)m g.

Angolo α [◦]:

3. Un sistema termodinamico è costituito di quattro grammi di elio, inizialmente nello stato 1, caratterizzato dalla pressionep1 = ξ Pa e dalla temperatura T1 =

(

30 + 110ξ

)

K. Il sistema subisce dapprima una trasformazione isobara fino a raggiungerelo stato 2, in cui il volume è raddoppiato; a questo punto una trasformazione adiabatica quasi-statica porta il sistema allostato finale 3, con temperatura T3 = 2

3T1. Calcolare la pressione finale p3 del sistema e i lavori L1→2 e L2→3 compiuti dalsistema nelle due trasformazioni.

Pressione finale p3 [Pa]:

Lavoro L1→2 [J]:

Lavoro L2→3 [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 13 ξ = 166 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 7Matricola: 0000172325 Cognome e nome: Bergonzoni Ivan

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. La lastra rettangolare mostrata nella figura ha base L = 120 ξ m e altezza H = 10 m. Inoltre, nel sistema di coordinate

mostrato nella figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1xy, dove c0 = 3 kg/m2 e c1 = 8 kg/m4.Determinare il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Il punto di ebollizione normale dell’anidride solforosa è pari a tPEN = −10.0 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazioneè cl = 389 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di anidride solforosa gassosa atemperatura te per farla condensare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di anidride solforosa durantela condensazione alla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 152 ξ = 273 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 10Matricola: 0000157735 Cognome e nome: Rambaldi Adriano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un punto materiale di massa m viene lanciato lungo il profilo rigido e liscio di raggio R = (1+10−2ξ) m mostrato in figura,con una velocità iniziale di modulo v0 =

(3 + 10−3ξ) g R. Determinare in quale punto del profilo la reazione vincolare ènulla (si determini la quota h di tale punto da terra).

Quota h [m]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

88 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 110 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (160 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione adiabatica; (3 → 4) trasformazioneisobara che chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 190 ξ = 380 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 12Matricola: 0000188841 Cognome e nome: Vecchi Romano

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Una ruota di massa M = 10 kg (vedi figura), il cui momento di inerzia, rispetto al proprio asse vale Io = M2

(

r2 + R2)

conR = 50 cm e r = 1

2000 ξ R, viene lanciata su di un piano orizzontale, in presenza di attrito dinamico. All’istante del lancio lavelocità del centro di massa della ruota ha modulo v0 = 10 m/s e la ruota ha soltanto moto traslatorio. Se tr è l’istante in

cui il moto diventa di puro rotolamento, determinare il rapporto ρ = vG(tr)v0

fra il modulo della velocità del centro di massadella ruota in tale istante e il modulo della velocità iniziale del centro di massa.

Rapporto ρ [adimensionale]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 3nRT + εV 2 + cost., doven = 12.0 mol e ε = 3 · 108 J m−6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume inizialeVi = 1 dm3, raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 1100 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

R

r

r

v0

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

Page 163: A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A Prof ...

A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 191 ξ = 487 Turno: 4 Fila: 4 Posto: 14Matricola: 0000849795 Cognome e nome: Ventura Veronica

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un punto materiale, di massa m = 3 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di un disco rigido omogeneo di massa pari a M = 1 kg e raggio pari a r = 1 m, incernierato allo stesso piano verticalenel punto O, con b = 1

1000 ξr. Determinare e la velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare del disco (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara ottenuta ponendo in contattoil sistema con un termostato a temperatura T2 incognita; 2 → 3: espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocorodella temperatura ottenuto ponendo in contatto il sistema con un termostato a temperatura T4 incognita; 4 → 1: compressioneadiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e che V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η delciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo, ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo, ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

O

C

A

m vr

b

r M

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 88 ξ = 594 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 1Matricola: 0000868040 Cognome e nome: Grassi Caterina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1x, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m3. Determinare ilmomento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 5 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 2, con a = 10−8ξ K−2. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

Page 165: A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A Prof ...

A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 68 ξ = 701 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 3Matricola: 0000855984 Cognome e nome: Fontana Roberta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Un filo sottile, di massa trascurabile, è avvolto attorno a un rullo cilindrico pieno, di massa m = 100 g e raggio r = 2 cm.Il filo passa nella gola di una carrucola di massa trascurabile e priva di attrito e sostiene un blocco di massa M = 50 g.Il cilindro rotola senza strisciare su di un piano inclinato, di inclinazione α = 9

100 ξ◦ Determinare: (a) l’accelerazione delcilindro; (b) la tensione del filo.

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Tensione del filo [N]:

3. Un sistema termodinamico, composto da m = 110 ξ g di elio, si trova inizialmente nello stato 1, con pressione p1 = 75 Pa

e volume V1 = 30 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche. La prima, (1 → 2), è unatrasformazione isobara che lo porta al volume V2 = 40 m3. La seconda, (2 → 3), è una trasformazione adiabatica che lo portaal volume V3 = 80 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a

m Mr

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 123 ξ = 808 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 5Matricola: 0000854916 Cognome e nome: Mazza Antonietta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Dato il disco sottile e omogeneo di raggio R = ξ m e massa m = 200 g, mostrato nella figura, calcolarne il momentod’inerzia rispetto a un suo diametro.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un blocco di ghiaccio di massa m = 110 ξ g a temperatura tg = 0.0 ◦C viene gettato in un lago, la cui acqua si trova alla

temperatura tl = 15.0 ◦C. Determinare, la variazione di entropia del ghiaccio, del lago e dell’universo nel raggiungimentodello stato di equilibrio (si prenda il calore latente di fusione del ghiaccio pari a cf = 333 kJ/kg e il calore specifico dell’acquapari a c = 4.186 kJ kg−1 K−1).

Variazione dell’entropia del blocco di ghiaccio [J/K]:

Variazione dell’entropia del lago [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1 Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 148 ξ = 915 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 7Matricola: 0000860357 Cognome e nome: Pellegrino Simonetta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale urta elasticamente e istantaneamente nel punto A (vedi figura) unasbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso piano verticale nelpunto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità del punto materiale subito dopo l’urto (indicandolapositiva se concorde alla velocità prima dell’urto e negativa in caso contrario) e la velocità angolare della sbarra subito dopol’urto.

Velocità del punto materiale subito dopo l’urto [m/s]:

Velocità angolare della sbarra subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volume V1 =1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: (1 → 2) espansione isobara ottenuta ponendo in contatto ilsistema con un termostato a temperatura T2 incognita; (2 → 3): espansione adiabatica quasi-statica; (3 → 4): abbassamentoisocoro quasi-statico della temperatura; (4 → 1): compressione adiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e

V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c)la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2

1 2

3

V

p

4

adiabaticaquasi-statica

adiabatica

quasi-statica

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 111 ξ = 52 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 10Matricola: 0000861737 Cognome e nome: Marchi Liliana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Una sfera rigida, omogenea, di centro A, raggio R = 4 cm e massa M = 250 g, inizialmente in quiete, è urtata da un’altrasfera rigida, omogenea, di centro B, raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, che un attimo prima dell’urto trasla con unavelocità nota ~w di modulo pari a w = 100 cm/s. L’urto è perfettamente elastico e non c’è attrito tra le superfici delle duesfere. Se la distanza di A dalla retta passante per B e parallela a ~w subito prima dell’urto è pari a d = 7ξ

1000 cm (vedi figura),determinare gli angoli α (∈ [0, 90◦[ ) e β (∈ [0, 180◦] ) che le velocità delle due sfere formano con quella iniziale ~w della sferaB.

Angolo α (sfera A) [◦]:

Angolo β (sfera B) [◦]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 4nRT +ε

p2+ cost., dove

n = 4.0 mol e ε = 4 · 1012 J Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1

wr

Br

AR

d

m

M

wr

r

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Vr

ab

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 53 ξ = 159 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 12Matricola: 0000862416 Cognome e nome: Esposito Laura

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Data la lastra a forma di triangolo rettangolo mostrata nella figura, omogenea e di massa m = ξ g, alta H = 10 cm e conl’angolo α = π

6 rad, determinarne il momento d’inerzia rispetto all’asse delle ascisse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

75 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 92 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)

trasformazione adiabatica fino alla pressione p2 =(

260 + 110 ξ

)

Pa; (2 → 3) trasformazione isobara che raddoppia il volumedel sistema; (3 → 4) trasformazione adiabatica; (4 → 1) trasformazione isobara che chiude il ciclo. Determinare il lavorocompiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 7 ξ = 266 Turno: 4 Fila: 6 Posto: 14Matricola: 0000888841 Cognome e nome: Basile Renata

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Un punto materiale, di massa m = 2 kg, si muove con velocità di modulo pari a v = 10 m/s, avente direzione orizzontalee giacente su di un piano verticale. Il punto materiale si conficca istantaneamente, rimanendovi attaccato, nel punto A (vedifigura) di una sbarra rigida omogenea di massa pari a M = 1 kg e lunghezza pari ad a = 1 m, incernierata allo stesso pianoverticale nel punto O, con d = 1

2000 ξa e b =(

1 − 11000 ξ

)

a. Determinare la velocità angolare della sbarra (con il puntoconficcato) subito dopo l’urto.

Velocità angolare della sbarra (con il punto conficcato) subito dopo l’urto [rad/s]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 6 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 2, con a = 100 ξ K2. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ

e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

O

m vM

A

a

d

br

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 1 ξ = 373 Turno: 4 Fila: 8 Posto: 1Matricola: 0000188996 Cognome e nome: Albertazzi Mattia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un sistema binario è costituito da due stelle che si muovono su orbite circolari, a distanza rispettivamente d1 = 8 · 104 kme d2 = 6 · 105 km dal centro di rivoluzione del sistema, con un periodo T = ξ giorni. Determinare le masse delle due stelle.

Massa della stella più massiva M1 [kg]:

Massa della stella meno massiva M2 [kg]:

3. Una quantità di fluido pari a n = 2 mol si espande liberamente, in un recipiente adiabatico, dal volume iniziale Vi = 1 dm3

al volume finale Vf =(

1 + 1500 ξ

)

Vi. La temperatura iniziale del fluido è Ti = 200 K. Calcolare la variazione di temperatura∆T e la variazione di entropia ∆S del fluido nell’ipotesi che esso segua l’equazione di stato di Van der Waals, con covolumemolare b = 3.04 ·10−5 m3 mol−1, costante della pressione interna a = 0.551 J m3 mol−2 e calore molare a volume costantecV = 28.1 J mol−1 K−1.

Variazione di temperatura ∆T [K]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2

iV fV

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 98 ξ = 480 Turno: 4 Fila: 8 Posto: 3Matricola: 0000153916 Cognome e nome: Lenzi Mario

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Un punto materiale, di massa m = 100 g è appoggiato su di un cuneo liscio, di massa M1 = 1100 ξm e angolo α = 10◦. Il

cuneo, a sua volta, è vincolato a scorrere senza attrito su di un piano orizzontale liscio. Supponendo che inizialmente tuttosia in quiete e che il punto materiale si trovi a un’altezza h0 = 50 cm rispetto al piano orizzontale, calcolare: (a) la velocitàdi traslazione del cuneo quando il punto materiale è sceso sul piano orizzontale; (b) supponendo poi che il punto, una voltaraggiunto il piano orizzontale, incontri un secondo cuneo liscio, di massa M2 = 4m e angolo β = 20◦, anch’esso libero discorrere senza attrito sul piano orizzontale, calcolare la massima altezza h raggiunta dal punto materiale sul secondo cuneo.

Velocità di traslazione del cuneo [cm/s]:

Altezza raggiunta dal punto sul secondo cuneo [cm]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 1500 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1K−1, alla temperatura

t1 = 300 ◦C, viene posto a contatto termico con un blocco di piombo, di massa m2 = 116

√ξ kg e calore specifico c2 =

167 J kg−1K−1, alla temperatura t2 = 0 ◦C. I due blocchi non scambiano calore con alcun altro sistema. (a) Trovare latemperatura dei due blocchi (in ◦C) una volta che è stato raggiunto l’equilibrio termodinamico. (b) Trovare la variazione dientropia del blocco di ferro. (c) Trovare la variazione di entropia del blocco di piombo.

Temperatura finale dei due blocchi [◦C]:

Variazione di entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione di entropia del blocco di piombo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

a b

h0

M1

M2

m

Esercizio n. 2

( )1 2T T>

2T

eT eT

Q

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 91 ξ = 587 Turno: 4 Fila: 8 Posto: 5Matricola: 0000162898 Cognome e nome: Greco Michael

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. La lastra quadrata mostrata nella figura ha i lati lunghi L = 130 ξ cm. Inoltre, nel sistema di coordinate mostrato nella

figura, la densità superficiale di massa è data da σ (x, y) = c0 + c1y2, dove c0 = 2 kg/m2 e c1 = 4 kg/m4. Determinare il

momento d’inerzia della lastra rispetto all’asse delle ordinate.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

108 + 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 32 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che permette di raggiungere la pressione p2 = 234 Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma fino al rag-giungimento del volume V3 = 1

10 ξV2; (3 → 4) trasformazione isocora; (4 → 1) trasformazione isoterma che chiude il ciclo.Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 75 ξ = 694 Turno: 4 Fila: 8 Posto: 7Matricola: 0000665299 Cognome e nome: Gamberini Caoncetta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Calcolare la velocità di fuga da un pianeta di massa M = 1024 kg e raggio R =(

ξ2 × 104)

m.

Velocità di fuga [m/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 5nRT− ε

V 3+cost., dove n = 20.0 mol

e ε = 5 · 10−4 J m9. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 24 ξ = 801 Turno: 4 Fila: 8 Posto: 10Matricola: 0000871317 Cognome e nome: Bruni Emanuela

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un rullo cilindrico omogeneo, di raggio r = 3 cm e massa m = 100 g, rotola senza strisciare su di un piano orizzontale,soggetto all’azione della forza costante ~F , di modulo pari a F = ξ N, parallela al piano orizzontale, applicata al centrodi massa del rullo e perpendicolare a al suo asse (vedi figura). Determinare l’accelerazione del centro di massa del rullo(supponendo che l’attrito volvente sia trascurabile).

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico è inizialmente in equilibrio termodinamico in uno stato 1, alla temperaturaT1 = (400 + ξ) K, in un volume V1 = 10−2 m3. A un certo istante il gas viene portato in uno stato 2 da un’espansioneadiabatica quasi-statica 1 → 2. In tale trasformazione il gas compie un lavoro pari a L1→2 = 800 J. (a) Calcolare il rapportoρ = V1

V2, essendo V2 il volume del gas al termine della trasformazione 1 → 2. A questo punto, tramite la successione di una

compressione 2 → 3, isoterma, e una trasformazione 3 → 1, isocora, (entrambe quasi-statiche) il sistema è riportato allecondizioni iniziali. (b) Calcolare il rendimento η del ciclo.

Rapporto ρ = V1

V2[adimensionale]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1

Fr

Esercizio n. 2

1

2

3

p

VEsercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 120 ξ = 908 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 1Matricola: 0000846896 Cognome e nome: Martino Arianna

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Il disco sottile mostrato nella figura ha raggio R = ξ m e densità superficiale di massa σ (r) = σ0 + cr, dove c = 5 kg/m3 eσ0 = 4 kg/m2. Determinare il momento d’inerzia del disco rispetto a un asse perpendicolare al disco e passante per il centrodel disco stesso.

momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 7 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-statica γ,lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 3, con a = 3 · 10−11ξ K−3. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 5 ξ = 45 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 3Matricola: 0000888877 Cognome e nome: Barbieri Ada

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Due sfere omogenee, entrambe di raggio R = 1 cm, aventi la medesima massa m = 100 g, scendono lungo un pianoinclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad: la prima strisciando senza rotolare in assenza di ogni forma di attrito, la secondarotolando senza strisciare, in assenza di attrito volvente. Determinare le accelerazioni dei centri di massa delle 2 sfere.

Accelerazione della sfera che striscia[

m/s2]

:

Accelerazione della sfera che rotola[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara quasi-statica; 2 → 3:espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocoro quasi-statico della temperatura; 4 → 1: compressione adiabaticaquasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η del ciclo; (b) lavariazione di entropia del sistema in un ciclo ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1

a a

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 70 ξ = 152 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 5Matricola: 0000162147 Cognome e nome: Franceschini Gino

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione radiale e il modulo dellavelocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale, all’istantet1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un razzo, di massa a vuoto pari a M0 = 20 kg, è rifornito con una quantità di gas pari a Mg0 =(

110 ξ + 10

)

kg. All’istanteiniziale il razzo inizia a espellere il gas contenuto al suo interno verso il basso, con velocità costante vg, e rateo costante dimassa espulsa per unità di tempo pari a k = 10 kg/s. Determinare la minima velocità di espulsione del gas vg affinché ilrazzo inizi a sollevarsi nel momento in cui si accende il motore.

Velocità minima [m/s]:

3. Il punto di fusione normale dell’alcool etilico è pari a tPFN = −115 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 104 J/g.(a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperatura tf perfarlo solidificare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante la solidificazione allatemperatura tf , e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

ra

r

var

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 92 ξ = 259 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 7Matricola: 0000172721 Cognome e nome: Gualandi Gabriele

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un grave si trova a un certo istante alla quota h = 210 m rispetto alla superficie terrestre, con velocità di modulov0 = 50 m/s e direzione che forma un angolo α = 9

100 ξ◦ rispetto alla verticale discendente (vedi figura). Calcolare il raggiodi curvatura della traiettoria in tale istante.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una palla da biliardo cava, di raggio r = 3 cm, massa m = 300 g e momento di inerzia rispetto a un asse passanteper il centro pari a (0.4 + 0.0002× ξ)mr2, è colpita centralmente con una stecca (asse della stecca passante per il centrodella palla), acquistando in questo modo una velocità iniziale v0 = ξ

10 cm/s (moto di pura traslazione). Il coefficiente diattrito radente dinamico del biliardo è µ = 0.1, mentre l’attrito volvente è trascurabile. Calcolare (a) la velocità e (b) lospostamento della palla nell’istante in cui essa smette di strisciare sul tavolo (cioè nell’istante in cui il moto diventa un motodi rotolamento puro).

Velocità [cm/s]:

Spostamento [cm]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 6nRT − εp2 + cost., doven = 6.0 mol e ε = 6 · 10−7 J/Pa2. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressioneiniziale pi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

ha

r

0v

Esercizio n. 1

0

r

v

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 49 ξ = 366 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 10Matricola: 0000652584 Cognome e nome: De Santis Bruna

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una sbarra rigida di peso trascurabile e lunghezza pari a l = 30 cm è sospesa al soffitto tramite due cavi inestensibili (vedifigura), entrambi di lunghezza h = 20 cm e peso trascurabile, applicati alla sbarra a distanze (misurate a partire dall’estremosinistro) pari rispettivamente ad a1 = 0 e a2 = 2

3 l. Alla sbarra sono inoltre appese tre massette di peso p1 = 1500 ξ N,

p2 = 5 N e p3 = 10−6ξ2 N a distanze rispettivamente di b1 = 13 l, b2 = 2

3 l e b3 = l (misurate a partire dall’estremo sinistrodella sbarra). Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico, le tensioni dei due cavi.

Tensione del cavo sinistro T1 [N]:

Tensione del cavo destro T2 [N]:

2. Un pacco pesante, di massa m = 80 kg, è trascinato su di un pavimento orizzontale mediante una fune, tesa a un angoloα = 1

2000 ξπ rad rispetto all’orizzontale. Il coefficiente di attrito dinamico tra pacco e pavimento è pari a µ = 0.4. (a) Qualeforza deve essere esercitata sulla fune affinché il moto sia uniforme? (b) Quale forza deve essere esercitata sulla fune affinchéil moto sia uniformemente accelerato con accelerazione a = 2 m/s2?

Forza necessaria per il moto uniforme [N]:

Forza necessaria per il moto uniformemente accelerato [N]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 8 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T 3, con a = 3 · 105ξ K3. Nello stato iniziale il volume è

Vi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

T1

p1

p2

p3

T2

r

r

r

r

r

Esercizio n. 1

a

m

Esercizio n. 2

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 169 ξ = 473 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 12Matricola: 0000161395 Cognome e nome: Rubini Emanuele

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt3, con k = 1

200 ξ m/s3. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Tre corpi omogenei, una sfera, un cilindro e un tubo di spessore trascurabile, tutti di raggio R = 2 cm, e aventi la medesimamassa m = 300 g, scendono lungo un piano inclinato, di inclinazione α = 1

2000 ξ π rad, rotolando senza strisciare, in assenzadi attrito volvente e con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse. Determinare le accelerazioni dei 3 corpi.

Accelerazione della sfera[

m/s2]

:

Accelerazione del cilindro[

m/s2]

:

Accelerazione del tubo[

m/s2]

:

3. Il punto di ebollizione normale dell’alcool etilico è pari a tPEN = 78.5 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazione ècl = 885 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di alcool etilico liquido a temperaturate per farlo evaporare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di alcool etilico durante l’evaporazionealla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

a aa

Esercizio n. 2

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Numero progressivo: 96 ξ = 580 Turno: 4 Fila: 10 Posto: 14Matricola: 0000149077 Cognome e nome: Landi Cesare

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove in un piano seguendo la legge oraria s (t) = kt2, con k = 2.00 m/s2. Trovare il raggio dicurvatura della traiettoria al tempo t = ξ s, se il modulo dell’accelerazione cresce con il tempo, secondo la legge: a (t) =

2k

1 +(

tT

)4, con T = 1

100 ξ s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un cubetto, di massa m = 1 g, è posto all’interno di un imbuto che ruota attorno al proprio asse, disposto verticalmente(vedi figura), con frequenza pari a ν s−1 (cioè ν giri/s). Le pareti dell’imbuto sono inclinate di un angolo θ = 60◦ rispettoalla verticale, il coefficiente di attrito statico tra cubetto e imbuto è pari a f = 1

1000 ξ e il centro del cubetto si trova a unadistanza r = 5 cm dall’asse dell’imbuto. Quali sono i valori minimo e massimo della frequenza di rotazione ν per i quali ilcubetto non si muove rispetto all’imbuto?

Frequenza minima[

s−1]

:

Frequenza massima[

s−1]

:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = nRT − ε

V 2+cost., dove n = 4.0 mol

e ε = 10−2 J m6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume iniziale Vi = 1 dm3,raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 11000 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

m

r

n

q

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 32 ξ = 687 Turno: 4 Fila: 12 Posto: 3Matricola: 0000160357 Cognome e nome: Cavazza Diego

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una massa M = 1500 ξ kg è sorretta dal sistema di carrucole illustrato nella figura. A equilibrare tale massa contribuiscono

una molla di costante elastica k = 11000 ξ2 N/m e una massa m = 3 × 10−6ξ2 kg appoggiata su di un piano inclinato di un

angolo α = π6 rad rispetto al piano orizzontale con attrito trascurabile. Determinare, nelle condizioni di equilibrio statico:

(a) il modulo della reazione vincolare ~T del soffitto; (b) la deformazione δl della molla (utilizzando il segno positivo per

l’allungamento e il segno negativo per la contrazione); (c) il modulo della reazione vincolare ~R esercitata dal piano inclinatosulla carrucola fissa.

Modulo T della reazione vincolare del soffitto [N]:

Deformazione δl della molla [m]:

Modulo R della reazione vincolare del piano inclinato [N]:

2. Un’asta omogenea di massa m e lunghezza l = 100 cm reca agli estremi due masse puntiformi: m1 = 10−3ξm edm2 =

(

1 − 10−3ξ)

m. L’asta è posta in rotazione con una certa velocità angolare attorno a un asse, a essa ortogonale,passante per il punto dell’asta che si trova a distanza x dalla massa m1. Sapendo che il sistema è soggetto a una coppiafrenante di momento costante, determinare il valore di x affinché esso si fermi nel minor tempo possibile.

Distanza x [cm]:

3. Un recipiente cilindrico, dotato di una base mobile (pistone) contiene 3 moli di gas perfetto biatomico alla temperaturati = 0 ◦C. Mediante lo spostamento del pistone, si comprime quasi staticamente il gas, riducendone il volume dal valoreiniziale Vi = 2 ℓ al valore finale Vf = 1

1000 ξ ℓ. Se la capacità termica del contenitore è Cc = 110 ξ R, supponendo che il

contenitore non scambi calore con sistemi esterni, calcolare la temperatura finale del gas.

Temperatura finale del gas tf [◦C]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

k

m

aM

T

Esercizio n. 1

VC

cC

Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 21 ξ = 794 Turno: 4 Fila: 12 Posto: 5Matricola: 0000175757 Cognome e nome: Bonora Franco

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt2, con k = 1

200 ξ m/s2. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s.

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. (a) Attorno a un pianeta, di massa M = 1024 kg, è posto, in un’orbita circolare di raggio r1, un satellite di massam = 100 kg. Sapendo che il satellite ha un periodo di rivoluzione attorno al pianeta pari a T1 = ξ h, determinare l’energiatotale del satellite (considerando nulla l’energia potenziale a distanza infinita dal pianeta). (b) A un certo punto si azionanoi motori e il satellite passa su di un’altra orbita circolare con distanza dal centro del pianeta pari a r2 = 2

3 r1. Quanto vale ilnuovo periodo di rivoluzione T2?

Energia totale [J]:

Nuovo periodo [s]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 3 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT , con a = 10−5ξ K−1. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 104 ξ = 901 Turno: 4 Fila: 12 Posto: 7Matricola: 0000852757 Cognome e nome: Longo Maria Luisa

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove su di un piano. A partire da un certo istante i moduli della velocità e dell’accelerazionediminuiscono con il tempo secondo le leggi: v (t) = L

t+Te a (t) = kL

(t+T )2, dove L = ξ m, T = 2 s e k = 1 + 1000

ξ. Trovare: (a)

lo spostamento del punto materiale, misurato lungo la traiettoria, dopo ξ s; (b) il raggio di curvatura della traiettoria, dopoξ s.

Spostamento lungo la traiettoria [m]:

Raggio di curvatura [m]:

2. Un disco omogeneo è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alle isoipse, in presenza diattrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto dipuro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova inizialmente nello stato

1, a pressione p1 = 400 Pa e volume V1 = 50 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora che ne triplica la pressione; (2 → 3) trasformazione isoterma che ne triplica il volume. Calcolare lavariazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 173 ξ = 38 Turno: 4 Fila: 12 Posto: 10Matricola: 0000855235 Cognome e nome: Sala Simona

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 1200 ξ N è situato all’estremità di una sbarretta indeformabile, di peso trascurabile e

lunghezza r = 0.1 m (vedi figura). L’estremità opposta della sbarra è incernierata in O a una parete verticale in modo taleche la sbarra stessa si possa muovere soltanto in senso verticale. A una distanza h = 0.2 m da O, verticalmente sopra alpunto, è fissato l’estremo di una molla, di costante elastica pari a k = 50 N/m e lunghezza a riposo pari a l0 = 0.1 m. Lamolla è fissata al punto materiale nel suo estremo opposto. Determinare, all’equilibrio statico, l’allungamento ∆l della molla.

Allungamento ∆l della molla [m]:

2. Un punto materiale di massa m = 10 g si muove, con velocità di modulo pari a w = 100 cm/s, senza attrito su di unpiano orizzontale. Il punto materiale urta elasticamente un’asta sottile, omogenea, di massa M = m

(

1 + 11000 ξ

)

e lunghezza2l = 20 cm, appoggiata senza altri vincoli e senza attrito sullo stesso piano orizzontale e inizialmente in quiete. La velocitàdel punto è perpendicolare all’asta e il punto d’impatto dista d = 1

1000 l ξ dall’estremità dell’asta. Trovare: (a) la velocitàv del punto materiale dopo l’urto; (b) la velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto; (c) la velocità angolare ωdell’asta dopo l’urto.

Velocità v del punto materiale dopo l’urto [cm/s]:

Velocità vG del centro di massa dell’asta dopo l’urto [cm/s]:

Velocità angolare ω dell’asta dopo l’urto [rad/s]:

3. Un sistema termodinamico è costituito da n = 7 mol di freon (C Cl2 F2). Calcolare il lavoro compiuto dal sistemase esso subisce un’espansione isoterma quasi-statica alla temperatura T =

(

250 + 110ξ

)

K che lo porta dal volume iniziale

Vi = 10 ℓ al volume finale Vf =(

1 + 1100 ξ

)

Vi, nelle seguenti due ipotesi: (a) il sistema è un gas ideale; (b) il sistema è un

fluido che segue l’equazione di Van der Waals, con costante della pressione interna a = 1.078 J m3 mol−2 e covolume molareb = 9.98 ·10−5 m3 mol−1.

Lavoro compiuto (gas ideale) [J]:

Lavoro compiuto (gas di Van der Waals) [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

p

k

h

Esercizio n. 1

d

m wr

M

2l

Esercizio n. 2

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 131 ξ = 145 Turno: 4 Fila: 12 Posto: 12Matricola: 0000841846 Cognome e nome: Monti Dina

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale è vincolato a una guida circolare di raggio r = 4 m, su cui può scorrere senza attrito. Esso si muovesecondo la legge oraria s(t) = kt4, con k = 1

200 ξ m/s4. Calcolare la componente tangenziale e la componente normaledell’accelerazione nell’istante t = 2 s

Componente tangenziale dell’accelerazione at

[

m/s2]

:

Componente normale dell’accelerazione an

[

m/s2]

:

2. Un tubo omogeneo di spessore trascurabile è fatto rotolare lungo un piano inclinato, con l’asse di rotazione parallelo alleisoipse, in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolo di inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il motonon è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente di attrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Quattro moli di gas perfetto monoatomico compiono un ciclo termodinamico, composto dalle tre seguenti trasformazioniquasi statiche: 1 → 2 isoterma a temperatura T1 =

(

20 + 12 ξ

)

K; 2 → 3 isobara con V3 = 1 m3; 3 → 1 isocora. Calcolare ilrendimento η del ciclo sapendo che p2 = 100 Pa.

Rendimento [numero puro]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 44 ξ = 252 Turno: 4 Fila: 12 Posto: 14Matricola: 0000846223 Cognome e nome: D’Angelo Raffaella

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Il vettore posizionale di un punto materiale mobile P (t) è dato, in funzione del tempo, dall’espressione vettoriale:

P (t) − O = ~r (t) = αt3

3ı + β

t2√2 + γ (t − t1) k, dove α = 1 m/s3, β = 1 m/s2, γ = 1 m/s e t1 = 2

100 ξ s. Determinare la

distanza ∆s percorsa dal punto materiale lungo la traiettoria nell’intervallo di tempo [0, t1].

Distanza ∆s lungo la traiettoria [m]:

2. Negli ultimi anni sono stati scoperti numerosi oggetti planetari oltre all’orbita del pianeta Nettuno con caratteristichefisiche comparabili a quelle del pianeta nano Plutone. Supponendo che uno di tali pianetini abbia massa M = 10−6ξ2mp eraggio R = rp, dove rp = 1150 km e mp = 1.3 · 1022 kg sono rispettivamente il raggio e la massa e di Plutone, determinare lavelocità di fuga dal pianetino.

Velocità di fuga [m/s]:

3. Il punto di fusione normale del piombo è pari a tPFN = 327 ◦C e il suo calore latente di fusione è cl = 23 J/g. (a) Calcolareil calore Q che è necessario cedere a una massa m = ξ kg di piombo solido a temperatura tf per farlo fondere. (b) Calcolarela variazione di entropia ∆S di una massa m di piombo durante la fusione alla temperatura tf , e specificare se essa è positiva,negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 51 ξ = 359 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 1Matricola: 0000878195 Cognome e nome: Donati Giorgia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema di carrucole di massa trascurabile mostrato in figura. Determinare la forza F necessaria per stabilizzareil sistema se la massa M ha peso p = ξ N. Se la forza stabilizzante ~F è diretta lungo la verticale verso terra, determinareinoltre la reazione vincolare totale R del soffitto.

Forza stabilizzante F [N]:

Reazione vincolare totale R del soffitto [N]:

2. Uno yo-yo è costituito da un cilindro omogeneo scanalato, di raggio R = 7 cm e massa m = 100 g (scanalatura di larghezzatrascurabile), sulla cui gola, di raggio r =

(

2 + 1200ξ

)

cm, è avvolto uno spago, fissato, all’altra estremità, al soffitto. Calcolarel’accelerazione dello yo-yo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto monoatomico, si trova nello stato iniziale 1,

con pressione p1 = 60 Pa e volume V1 = 108 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (140 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione isoterma; (3 → 1) trasformazione isobarache chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

F

MEsercizio n. 1

rR

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 125 ξ = 466 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 3Matricola: 0000151572 Cognome e nome: Mazzanti Federico

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un disco in quiete, all’istante t = 0 inizia a ruotare attorno al proprio asse, con accelerazione angolare costante pari aω = 2 rad/s2. Determinare il modulo dell’accelerazione ‖~a‖ di un punto P situato sul disco, a distanza r = 5 m dall’asse,nell’istante t = 1

10 ξ s.

Modulo ‖~a‖ dell’accelerazione del punto P[

m/s2]

:

2. Si vuole mettere un satellite artificiale, di massa msat = 120 kg, in orbita circolare attorno alla Terra, a una quotad = (40000 + 100 ξ) km sul livello del mare. Che velocità deve avere il satellite una volta raggiunta l’orbita? (Si prenda lamassa della Terra pari a Mt = 6 · 1024 kg e il raggio terrestre pari a Rt = 6350 km).

Velocità [m/s]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e pressione del gas come U (T, p) = 2nRT − εp + cost., doven = 2.0 mol e ε = 2 · 10−2 J/Pa. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da una pressione inizialepi = 2 · 105 Pa, raggiunge la pressione finale pf = 1

1000 ξ pi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 157 ξ = 573 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 5Matricola: 0000875757 Cognome e nome: Rinaldi Claudia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale A si muove di moto rettilineo uniforme, con velocità di modulo v ≡ v0 = 1100 ξ m/s, lungo la retta

y ≡ d, con d = 50 m. Un secondo punto materiale B parte dall’origine, nello stesso istante in cui il punto materiale Aattraversa l’asse y, lungo una retta che forma un angolo θ con l’asse y (vedi figura), con velocità nulla e accelerazionecostante, di modulo a ≡ a0 = 0.40 m/s2. Per quale angolo θ i due punti materiali collidono?

Angolo θ [◦]:

2. Un mattone di massa m = 1 kg scivola senza attrito lungo il piano inclinato di un cuneo, di massa M = 2 kg e inclinazioneα = 9

100 ξ◦. Il cuneo, a sua volta, può muoversi senza attrito su di un piano orizzontale. Calcolare il modulo dell’accelerazionedel cuneo.

Accelerazione[

m/s2]

:

3. Un recipiente è costituito da una cavità cilindrica adiabatica entro cui possono scorrere senza attrito due pistoni, anch’essiadiabatici e soggetti alla pressione atmosferica. Il volume tra i due pistoni è suddiviso in due parti da una parete diatermicafissa. La parte (1), a sinistra della parete diatermica, è riempita con n1 = 2 mol di gas perfetto biatomico, mentre la parte(2), a destra della parete diatermica, è riempita con n2 =

(

2 + 1500 ξ

)

mol di gas perfetto monoatomico. Se il gas (2) viene

compresso in maniera quasi-statica finché il suo volume diventa un terzo di quello iniziale, calcolare il rapporto ρ =V1f

V1i

tra

il volume finale e il volume iniziale del gas (1).

Rapporto ρ [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

qd

A

B

y

O

vr

ar

xEsercizio n. 1

m

Ma

Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 37 ξ = 680 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 7Matricola: 0000865100 Cognome e nome: Conte Elisabetta

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale di peso p = 110 ξ N è fissato al soffitto tramite un cavo inestensibile di massa trascurabile e lunghezza

r = 1 m e tramite una molla di lunghezza a riposo trascurabile (l0 = 0 m) e costante elastica k = 40 N/m (vedi figura).Cavo e molla sono entrambi fissati in un’estremità al soffitto (a distanza r l’uno dall’altro) e nell’altra al punto materiale.Calcolare, all’equilibrio, la distanza d del punto dal soffitto.

Distanza d del punto dal soffitto [m]:

2. Un’asta rigida omogenea AB, di massa M = 4 kg e lunghezza L =(

78 + ξ2

)

cm, ruota attorno a un asse passante per

l’estremo A, formante un angolo di 30◦ rispetto all’asta stessa. Calcolare il momento d’inerzia dell’asta rispetto a tale asse.

Momento d’inerzia[

kg m2]

:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 4 mol di gas perfetto monoatomico, compie una trasformazione quasi-statica

γ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV +aR

T, con a = ξ K. Nello stato iniziale il volume è Vi = 7 ℓ e

la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf del sistemanello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

r

r

p

k

Esercizio n. 1

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 126 ξ = 787 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 10Matricola: 0000165100 Cognome e nome: Mazzoni Giorgio

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si trova sul ciglio di una parete alta h0 = 150 m. A distanza D da tale parete si trova una secondaparete, alta hf = 50 m (vedi figura). Il punto materiale viene lanciato con alzo θ = 0.5 rad e velocità iniziale v0 = 1

100 ξ m/se raggiunge esattamente il ciglio della parete opposta. Determinare la distanza D fra le due pareti.

Distanza [m]:

2. Una sfera omogenea è fatta rotolare lungo un piano inclinato in presenza di attrito radente. Determinare il massimo angolodi inclinazione del piano, θmax, oltre il quale il moto non è più un moto di puro rotolamento, sapendo che il coefficiente diattrito statico è f = 10−4ξ.

Massimo angolo di inclinazione θmax [◦]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 1100 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale con pressione

pi = 25 Pa e volume Vi = 64 m3. Il sistema subisce una successione di trasformazioni quasi-statiche che lo portano allo statofinale, con pressione pf = 30 Pa e volume Vf = 78 m3. Calcolare la variazione di entropia del sistema.

Variazione di entropia [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

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II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 64 ξ = 894 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 12Matricola: 0000889499 Cognome e nome: Ferro Lidia

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Dato un punto materiale che si muove con velocità ~v(t) = aı + bt2, dove a = 110 ξ m/s e b = 0.2 m/s3, trovare il raggio di

curvatura della traiettoria al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un punto materiale è vincolato, da un filo inestensibile e di massa trascurabile, a percorrere su di un piano orizzontaleuna traiettoria circolare avente raggio R = 1 m. Il coefficiente di attrito dinamico con la superficie di appoggio è µ =5 · 10−2(1 + 10−2ξ). All’istante iniziale la velocità del blocco (nel SdR che ha origine nel centro della traiettoria) è ~v0 =√

gR(

1 + 10−2ξ)

m/s. Calcolare: (a) il modulo della velocità v1 quando il blocco ripassa per la prima volta per il punto dilancio; (b) il numero n di giri completi compiuti dal blocco al momento in cui si arresta.

Velocità v1 [m/s]:

Numero giri completi [adimensionale]:

3. Un blocco di ferro, di massa pari a m1 = 11000 ξ kg e calore specifico pari a c1 = 444 J kg−1 K−1, alla temperatura

T1 = (10 + 2ξ) ◦C, è lasciato cadere nell’acqua del mare, a temperatura T2 = 10 ◦C. Trovare: (a) quanto varia l’entropiadel blocco di ferro nel raggiungimento dell’equilibrio termico; (b) quanto varia l’entropia del mare nel raggiungimentodell’equilibrio termico; (c) quanto varia l’entropia dell’universo nel raggiungimento dell’equilibrio termico. Si supponga cheil blocco e il mare non scambino calore con altri sistemi.

Variazione dell’entropia del blocco di ferro [J/K]:

Variazione dell’entropia del mare [J/K]:

Variazione dell’entropia dell’universo [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 140 ξ = 31 Turno: 4 Fila: 14 Posto: 14Matricola: 0000170880 Cognome e nome: Orlandi Antonino

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Sia dato il sistema meccanico rappresentato nella figura (verricello semplice) costituito da un disco omogeneo di massa Mdotato di due scanalature, poste a distanza r1 e r2 = r1(2 + 10−2ξ) dall’asse del disco (con r1 < r2), all’interno delle qualipuò essere avvolto un filo. Nell’ipotesi in cui una massa m sia sospesa a un filo inestensibile di massa trascurabile passantenella scanalatura esterna e il dispositivo sia sospeso a sua volta mediante un filo inestensibile di massa trascurabile avvoltonella scanalatura interna, determinare il rapporto delle masse ρ = M

maffinché il disco sia in equilibrio.

Rapporto ρ = Mm

[adimensionale]:

2. Un uomo di massa m1 si trova inizialmente in quiete al centro di un carrello ferroviario rettangolare, il quale può scorreresenza attrito lungo un binario. Il carrello ha massa m2 = 5m1, lunghezza L = 2

(

3 + 10−2ξ)

m (nella direzione parallela albinario), e si trova anch’esso inizialmente in quiete. A un certo istante l’uomo si sposta sul carrello in direzione parallelaal binario, fino a raggiungere un’estremità del carrello. Trovare lo spostamento ∆s del carrello, considerando l’uomo comepuntiforme.

Spostamento carrello ∆s [m]:

3. Un sistema termodinamico è costituito di quattro grammi di elio, inizialmente nello stato 1, caratterizzato dalla pressionep1 = ξ Pa e dalla temperatura T1 =

(

30 + 110ξ

)

K. Il sistema subisce dapprima una trasformazione isobara fino a raggiungerelo stato 2, in cui il volume è raddoppiato; a questo punto una trasformazione adiabatica quasi-statica porta il sistema allostato finale 3, con temperatura T3 = 2

3T1. Calcolare la pressione finale p3 del sistema e i lavori L1→2 e L2→3 compiuti dalsistema nelle due trasformazioni.

Pressione finale p3 [Pa]:

Lavoro L1→2 [J]:

Lavoro L2→3 [J]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

Esercizio n. 1

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 36 ξ = 138 Turno: 4 Fila: 16 Posto: 1Matricola: 0000841886 Cognome e nome: Colombo Elena

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. In una predefinita terna cartesiana ortogonale, di versori ı, e k, un punto materiale si muove con velocità ~v (t) =3c1t

3 ı + 5c2t , dove c1 = ξ m/s4 e c2 = 0.2 m/s2. Trovare il raggio di curvatura della traiettoria nella posizione in cui sitrova il punto materiale al tempo t = 1 s.

Raggio di curvatura [m]:

2. Una corona circolare omogenea, di densità superficiale σ = 1 kg/m2, con raggio interno R1 = 13 ξ cm e raggio esterno

R2 = ξ cm, ruota attorno al proprio asse di simmetria. Sapendo che il sistema è isolato e che compie un giro ogni 3 minuti,determinare il modulo del momento angolare.

Momento angolare[

kg m2/s]

:

3. Il punto di ebollizione normale dell’anidride solforosa è pari a tPEN = −10.0 ◦C e il suo calore latente di vaporizzazioneè cl = 389 J/g. (a) Calcolare il calore Q che è necessario sottrarre a una massa m = ξ kg di anidride solforosa gassosa atemperatura te per farla condensare. (b) Calcolare la variazione di entropia ∆S di una massa m di anidride solforosa durantela condensazione alla temperatura te, e specificare se essa è positiva, negativa o nulla.

Calore Q [J]:

Variazione di entropia ∆S [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 159 ξ = 245 Turno: 4 Fila: 16 Posto: 3Matricola: 0000858319 Cognome e nome: Riva Tiziana

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di un pianoorizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale liscia (in assenza diattrito). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Si consideri una ruota a forma di disco che rotola su di un piano orizzontale. La ruota è soggetta alla forza d’attritoradente statico ~Fa e a una forza costante ~F . La forza ~F agisce nello stesso verso della velocità del centro di massa del discoed è applicata alla ruota in un punto a una quota h da terra, sulla verticale contenente il punto istantaneo di contatto con ilterreno e il centro di massa della ruota. Se R è il raggio del disco, il moto è di puro rotolamento e tra le intensità delle due

forze vale la relazione∥

~Fa

∥= 1

2 10−3ξ∥

~F∥

∥, determinare il rapporto r = h

R.

Rapporto r = hR

[adimensionale]:

3. Un sistema termodinamico, composto da n = 110 ξ mol di gas perfetto biatomico, si trova nello stato iniziale 1, con

pressione p1 =(

88 − 1100 ξ

)

Pa e volume V1 = 110 m3. Il sistema subisce le seguenti trasformazioni quasi-statiche: (1 → 2)trasformazione isocora fino alla pressione p2 = (160 + ξ) Pa; (2 → 3) trasformazione adiabatica; (3 → 4) trasformazioneisobara che chiude il ciclo. Determinare il lavoro compiuto dal sistema in un ciclo e il rendimento del ciclo.

Lavoro in un ciclo [J]:

Rendimento η [adimensionale]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 110 ξ = 352 Turno: 4 Fila: 16 Posto: 5Matricola: 0000845617 Cognome e nome: Marchetti Margherita

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale si muove, di moto uniformemente accelerato, lungo una guida circolare di raggio r = 3 m. In un certoistante t1, l’accelerazione del punto materiale forma un angolo α (t1) = π

2000 ξ rad con la direzione della velocità e il modulodella velocità è pari a ‖~v (t1) ‖ = 10 m/s. Di quanto aumenta, in mezzo secondo, il modulo della velocità? Quanto vale,all’istante t1, il modulo dell’accelerazione?

∆‖~v‖ [m/s]:

‖~a (t1) ‖[

m/s2]

:

2. Un punto materiale di massa m = 4 kg è vincolato a muoversi lungo una guida rettilinea orizzontale fissa. Al tempo t = 0 sil punto materiale ha velocità v (0) = v0 = 1

10 ξ m/s. Il punto materiale è soggetto a una forza avente la stessa direzione

della velocità, verso opposto e modulo proporzionale alla radice quadrata del modulo della velocità, essendo k = ξ m12 kg s−

32

la costante di proporzionalità. Trovare il tempo necessario affinché il punto si arresti e la distanza percorsa dal punto[

Si ricordi che∫

dx√x

= 2√

x + C]

.

Tempo di arresto [s]:

Distanza percorsa [m]:

3. L’energia interna di un gas dipende da temperatura e volume del gas come U (T, V ) = 3nRT + εV 2 + cost., doven = 12.0 mol e ε = 3 · 108 J m−6. Determinare quanto varia la temperatura del gas, se esso, partendo da un volume inizialeVi = 1 dm3, raggiunge il volume finale Vf =

(

1 + 1100 ξ

)

Vi mediante un’espansione libera adiabatica.

Variazione di temperatura ∆T = Tf − Ti [K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

O

r

a

r

v

ar

Esercizio n. 1 Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 15 ξ = 459 Turno: 4 Fila: 16 Posto: 7Matricola: 0000857735 Cognome e nome: Bernardi Serena

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Un punto materiale viene lanciato dalla superficie terrestre con velocità v0 = 100 m/s, a un angolo θ = 9100ξ◦ rispetto alla

verticale. Calcolare il raggio di curvatura del punto materiale subito dopo il lancio.

Raggio di curvatura [m]:

2. Un carrello, dotato di 4 ruote, ha massa (escluse le ruote) pari a M = 50 kg, mentre ogni ruota ha massa pari a

m =(

0.2 + 15000 ξ

)

M e raggio r = 50 cm. Il carrello è trainato mediante una fune, con una forza orizzontale ~F di intensitàF = 100 N. Trascurando gli attriti volventi e gli attriti radenti dinamici, e considerando le ruote come cilindri omogenei,calcolare l’accelerazione del carrello.

Accelerazione del carrello[

m/s2]

:

3. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente all’equilibrio termodinamico a temperatura T1 = 300 K e volumeV1 = 1 dm3, compie un ciclo costituito dalle seguenti trasformazioni: 1 → 2: espansione isobara ottenuta ponendo in contattoil sistema con un termostato a temperatura T2 incognita; 2 → 3: espansione libera adiabatica; 3 → 4: abbassamento isocorodella temperatura ottenuto ponendo in contatto il sistema con un termostato a temperatura T4 incognita; 4 → 1: compressioneadiabatica quasi-statica. Sapendo che V2 =

(

1 + 1100 ξ

)

V1 e che V3 =(

1 + 2100 ξ

)

V1 determinare: (a) Il rendimento η delciclo; (b) la variazione di entropia del sistema in un ciclo, ∆SS ; (c) la variazione di entropia dell’ambiente in un ciclo, ∆SA.

Rendimento η [adimensionale]:

Variazione di entropia del sistema ∆SS [J/K]:

Variazione di entropia dell’ambiente ∆SA [J/K]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

q v0

r

Esercizio n. 1

MFr

m m

Esercizio n. 2

1 2

3

p

V4

1V

2V

3 4V V=

adiabaticaquasi-statica

adiabaticalibera

Esercizio n. 3

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A.A. 2009-2010. I prova tecnica di Fisica Generale A. Prof. D. Galli. 6 gennaio 2010.CdS in Ingegneria Aerospaziale e Meccanica.

II Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.

Numero progressivo: 199 ξ = 566 Turno: 4 Fila: 16 Posto: 10Matricola: 0000112690 Cognome e nome: Zanotti Gianpaolo

Produrre i risultati numerici con 3 cifre significative esatte e senza simboli (π, +, −(operatore binario), √,

sin, cos,∫

,∮

, d

dt, ecc.). Il simbolo − può essere utilizzato (come operatore unario) per indicare i numeri negativi.

1. Una scala, il cui peso è distribuito uniformemente lungo tutta la sua lunghezza, poggia con un’estremità su di unpiano orizzontale scabro (coefficiente di attrito statico f = 1

1000 ξ) e con l’altra contro una parete verticale anch’essa scabra(f = 0.2). Si determini l’angolo di minima inclinazione θmin che la scala può formare con il piano orizzontale senza scivolare.

Angolo di minima inclinazione [◦]:

2. Una piattaforma circolare ruota con velocità angolare costante ω = 10 s−1 attorno a un asse normale a essa, passante peril suo centro. Solidale con la piattaforma, in direzione radiale, è fissata una guida priva di attrito sulla quale può scorrere unamassa puntiforme m = 1 kg, a sua volta attaccata all’estremo libero di una molla di costante elastica k = 100

(

2 + 10−2ξ)

N/me lunghezza a riposo L = 1 m. L’altro estremo della molla è fissato all’asse di rotazione della piattaforma. Determinare ladeformazione ∆L della molla se la massa puntiforme ha velocità radiale nulla (si consideri la deformazione ∆L positiva se lamolla è allungata rispetto alla lunghezza a riposo, negativa se la molla è accorciata).

Deformazione della molla ∆L [m]:

3. Un sistema termodinamico, costituito di n = 5 mol di gas perfetto biatomico, compie una trasformazione quasi-staticaγ, lungo la quale il calore molare ha l’espressione cγ (T ) = cV + aRT 2, con a = 10−8ξ K−2. Nello stato iniziale il volume èVi = 7 ℓ e la temperatura è Ti = 310 K, mentre nello stato finale la temperatura è Tf = 700 K. Determinare il volume Vf

del sistema nello stato finale.

Volume finale Vf [ℓ]:

[

g = 9.80665 m/s2, γ = 6.6742× 10−11 m3 kg−1s−2, R = 8.314 J mol−1 K−1, 0 ◦C → 273.15 K, pT (H2O) = 273.16 K.]

A

B

q

Esercizio n. 1 Esercizio n. 2