8/17/2019 Esercizi-Cap13
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ESERCIZIDOMANDE SUI CONCETTI
427
TEST INTERATTIVI20 test (30 minuti)
1 Esamina sotto quali condizioni l’acqua si può
trovare nello stato: solido, liquido e aeriforme.
2 Ricerca sotto quali condizioni l’azoto (che nor-malmente si presenta come un gas) diviene liqui-
do e solido.
3 Perché per camminare sulla neve, senza affonda-
re, è preferibile ricorrere all’uso delle racchette?
4 Le masse di due furgoni, m A e m B, sono una il
doppio dell’altra (m A 5 2m B). Gli pneumatici
hanno larghezze diverse tali che la superficie de-
gli pneumatici del furgone A è doppia di quella
degli pneumatici del furgone B.
c In che rapporto stanno le pressioni esercitate
dai due furgoni?
5 Due superfici S 1 e S 2 sono a contatto con uno
stesso liquido. Eserciti una pressione p1 su S 1: da
cosa dipende la pressione p2 che si trasmette a S 2?
6 Una siringa contiene un oggetto a forma di cubo,
completamente immerso in un liquido.
c Se si esercita una pressione sul liquido, pre-
mendo lo stantuffo, come varia la pressione su
ciascuna delle sei facce del cubo?
7 A cosa corrisponde la pressione che si esercita sul
fondo di una piscina piena d’acqua?
8 Nella sequenza di uguaglianze:
pS
F
S
mg
S
dShgdhgP
= = = =
giustifica ciascuna uguaglianza, specificando ladefinizione o la legge o la proprietà algebrica uti-
lizzata per sostituire un’espressione con un’altra
equivalente.
9 Si potrebbero fare delle immersioni in profondi-
tà, senza fare ricorso all’uso di bombole di ossige-
no o scafandri, solo con l’ausilio di un lungo tubo
emergente dal pelo dell’acqua per respirare?
10 Come si formula la legge dei vasi comunicanti nel
caso in cui uno dei vasi sia costituito da un tubomolto sottile?
11 Tre vasi comunicanti contengono tre liquidi di-
versi A, B e C . La densità di A è maggiore della
densità di B che, a sua volta, è maggiore di quella
diC .c Come si colloca, all’equilibrio, il liquido C ri-
spetto al liquido B?
12 Su un barcone che percorre un fiume, un operaio
raccoglie dalla riva delle pietre e ne fa una catasta
sul barcone stesso.
cL’operaio può raccogliere tutte le pietre che gli
servono?
13 Hai a disposizione due bilance. Su di una poggiun bicchiere con acqua fino a un certo livello e
sull’altra un bicchiere identico con l’acqua allo
stesso livello del primo, ma con dentro un ogget-
to che galleggia con la faccia superiore radente al
pelo dell’acqua.
cChe peso segnano le due bilance?
14 Sai spiegare il meccanismo attraverso il quale i
pesci possono scendere o risalire nell’acqua,
mantenendosi in equilibrio qualunque sia la pro-fondità a cui si trovano?
15 Spiega per quale motivo il vetro di una finestra
non si rompe sotto l’effetto della pressione atmo-
sferica.
16 Una diga artificiale racchiude un lago. Da quale
dimensione del lago dipende la pressione dell’ac-
qua alla base della diga?
17 Un bicchiere, con la sua base leggermente umida,viene appoggiato su un sottobicchiere leggero.
c Spiega perché quando si solleva il bicchiere,
il sottobicchiere resta attaccato e si solleva a sua
volta.
18 Perché la ventosa a cui si appendono gli asciuga-
mani resta attaccata alla piastrella del muro?
19 Nell’esperienza di Torricelli cosa accadrebbe se
usassimo un tubo aperto a entrambe le estremi-tà?
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ESERCIZI
20 Da cosa dipende la scelta del liquido barometrico?
21 Un rubinetto ha una strozzatura alla fine. In qua-
li condizioni di funzionamento può essere consi-derata stazionaria la corrente d’acqua che scorreal suo interno?
22 Quali sono le dimensioni fisiche della portata?
23 Perché l’equazione di continuità vale per un li-quido e non per un gas?
24 Un esame Doppler consente di visualizzare iflussi sanguigni nel nostro apparato circolato-
rio. Durante un esame Doppler è misurata la ve-locità del sangue in diverse sezioni del vaso san-guigno e risulta che in una zona il sangue scorrepiù lentamente che altrove.
cSapresti spiegarne il motivo?
25 Perché una colonna d’acqua che scende da un ru-binetto si assottiglia man mano che scende?
26 Verifica esplicitamente che tutti gli addendi dell’e-
quazione di Bernoulli hanno le dimensioni fisichedi una pressione.
27 L’arteriosclerosi è caratterizzata dal restringi-mento di un’arteria susseguente alla formazionedi una placca.
c Cosa succede al flusso sanguigno in questa si-tuazione?
28 La figura rappresenta uno spruzzatore elettricodi vernice: osservandolo, sapresti spiegarne il
funzionamento?
p < p0
p0p0
29 Durante una corsa automobilistica una macchi-na è nella scia della vettura che la precede. Al mo-mento che ritiene opportuno, il pilota effettua il
sorpasso. Descrivi le due situazioni dal punto divista aerodinamico.
30 Nel Sistema Internazionale, la grandezza p × t simisura in Pa · s. Isolando il coefficiente di viscosi-tà nella formula: F V 5 6prv, verifica che esso hale stesse dimensioni fisiche di p 3 t .
31 Si può parlare di viscosità dei solidi?
32 Che relazione esiste tra la velocità limite di un og-
getto in caduta e la viscosità del fluido in cui essosi muove?
33 Due oggetti che hanno la stessa forma e lo stessovolume, ma densità diverse, cadono, sulla Terra,dalla stessa altezza, subendo la stessa forza di at-trito da parte dell’aria.
cQuale dei due arriva per primo al suolo?
34 La velocità limite di una biglia di raggio r 1 che ca-
de in un mezzo viscoso è v1. Puoi trascurare laspinta di Archimede.
cQuanto vale la velocità limite di una biglia dellostesso materiale che cade nello stesso mezzo vi-scoso, ma ha un raggio doppio?
2 LA PRESSIONE
1 Una donna di massa 54 kg e un bambino di mas-
sa 27 kg sono in piedi sulla spiaggia. La superficiedi un piede della donna è 1,8 dm2 e quella di unpiede del bambino è 0,90 dm2.
cLa donna e il bambino esercitano la stessa pres-sione sulla sabbia?
PROBLEMI
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429
PROBLEMA SVOLTO
Una forza di intensità F 5 65 N è esercitata dalla parte
affilata della lama di un coltello. La lama è lunga 12,0 cme la sua larghezza può essere stimata in 0,050 mm.
cQuanto vale la pressione esercitata dalla lama sullapagnotta?
Grandezze Simboli Valori Commenti
Dati Intensità della forza F 65 N
Lunghezza della lama l 12,0 cm
Larghezza della lama 0,050 mm
Incognite Pressione esercitata dalla lama p ?
l = 12 ,0 c m
p = ?
0,050 mm
F = 65 N
Strategia e soluzione
• Calcoliamo l’area S con la quale la parte affilata della lama si appoggia sul pane:
S 5 (12,0 cm)3 (0,050 mm)5 (12,03 102 m)3 (5,03 105 m)5 6,03 106 m2.
La pressione è, quindi,
6,0 10
651,1 10 1,1 10 p
S
F
m
N
mPa.
N6
7 7
2 2#
# #= = = =-
Discussione
Si tratta di una pressione piuttosto elevata; per esempio, la pressione esercitata da un elefante sulterreno è circa cento volte più piccola.Ciò spiega come mai un coltello affilato permetta di tagliare i cibi con uno sforzo limitato: la forzaesercitata sul coltello si «concentra» sulla piccola superficie del filo della lama e produce una pres-sione elevata.
2
3 A man with a mass equal to 65 kg is standing
on the snow. Each one of his soles covers a surfa-
ce area of 2.0 dm2.
cWhat pressure exerts the man on a pair of skis?
Each one has a surface area of 16 dm2.
cHow many times lower than before is the pres-
sure now exerted by the man?
[2.0 kPa; 8 times]
4 Una botte piena di vino occupa un’area di 1,0 m2
ed esercita al suolo una pressione di 2,43 103 Pa.
c
Qual è la massa della botte?[2,43 102 kg]
5 Un blocco di legno di densità 550 kg/m3, con la
forma di un parallelepipedo di dimensioni
12,4 cm, 6,2 cm e 4,6 cm, è appoggiato su un pia-no inclinato di 20° rispetto all’orizzontale.
c Su quale faccia occorre appoggiare il blocco perfare in modo che la pressione esercitata sia minima?
cCalcola la pressione minima che il blocco eser-cita sul piano.
[2,33 102 Pa]
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430
ESERCIZI
7 Un torchio idraulico è utilizzato per sollevare
una moto di massa 800 kg. L’aria compressa eser-cita una forza su un pistone con base circolare diraggio 5,5 cm. Questa pressione è trasmessa a unsecondo pistone di raggio 18 cm.
c Quale forza esercita l’aria compressa per solle-vare la moto?
[7,33 102
N]
8 Un clown gioca a sollevare un orso di 320 kg. Sale
su un piedistallo circolare di raggio 65 cm di untorchio idraulico, e fa salire l’orso sul piedistalloall’altro estremo del torchio, che ha una superfi-cie di 4,0 m2. L’orso si solleva quando il clownprende in braccio un pinguino di 28 kg. Calcola:
c la pressione necessaria per sollevare l’orso;
c il peso complessivo del clown e del pinguino.[7,83 102 Pa; 1,03 103 N]
PROBLEMA SVOLTO
Un’auto di massam 5 1500 kg viene sollevata conun martinetto.La colonna che solleva l’auto ha un’areatrasversale di 78,5 cm2, mentre il tubo cheparte dal pedale ha un’area di 1,54 cm2.
cQuale forza bisogna esercitare con il pedale percontrastare la forza-peso dell’auto?
Un martinetto è un torchio idraulico munito diun pedale, di un serbatoio di liquido e di una
valvola che impedisce il ritorno all’indietro delliquido stesso.
Grandezze Simboli Valori Commenti
Dati Massa dell’auto m 1500 kg
Area trasversale su cui poggia l’auto S B 78,5 cm2
Area trasversale su cui agisce il pedale S A 1,54 cm2
Incognite Forza esercitata dal pedale F A ? Per equilibrare il peso
dell’auto
m = 1500 kg
SA = 1,54 cm2
SB = 78,5 cm2 s e r b
a t o
i o
FA = ? pedale
Strategia e soluzione
• La forza-peso dell’auto è
F B 5 mg 5 1500 kg3 9,80kgN
5 1,473 104 N.
La forza F A necessaria a equilibrare F B è data dalla formula (3):
1,47 1078,5 10
1,54 10288 F F
S
S N
m
mN.
A B
B
A 4
4
4
2
2
# #
#
#= = =
-
-
Discussione
Dal momento che l’area trasversale del tubo è molto più piccola di quella della colonna su cui
poggia l’auto, anche la forza esercitata dal meccanico risulta decisamente più piccola del pesodell’automobile.
6
3 LA PRESSIONE NEI LIQUIDI
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PROBLEMA SVOLTO
Un manometro, posto sul fondo di una cisterna, segnala unapressione superiore a quella atmosferica di 3,7 3 104 Pa.
cQual è la profondità della cisterna?
(La densità dell’acqua è d 51,003 103 kg/m3.)
Grandezze Simboli Valori Commenti
Dati Pressione sul fondo della cisterna p l 3,7 3 104 Pa
Densità dell’acqua d 1,00 3 103 kg/m3
Incognite Profondità della cisterna h ?
h = ?
pI = 3,7 � 104 Pa
acqua: d = 1,00 � 103 kg/m3
Strategia e soluzione
L’aumento di pressione dovuto all’acqua della cisterna è descritto dalla legge di Stevino
pl 5 gdh
da cui, dividendo entrambi i membri per il prodotto gd , possiamo ricavare
9,8
3,7 103,8
1,00 10
hgd
p
kgN
Pam.
m
kgl
4
3
3
#
# #
= = =
c cm m
11
9 In un torchio idraulico, i pistonia eb hanno un pie-distallo circolare di raggio rispettivamente 4,0 cm e40 cm. Il pistone a si abbassa di 0,50 m sotto il peso
di un carico.cDetermina di quanto si innalza il pistone b.
[0,0050 m]
4 LA PRESSIONE DELLA FORZA-PESONEI LIQUIDI
10 Un sottomarino si immerge in mare a una pro-
fondità di 105 m (d acqua5 1030 kg/m3).
c Calcola la pressione totale a cui è sottoposta lasua superficie esterna.
[1,163 106 Pa]
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ESERCIZI
12 Una botte è piena d’acqua fino al livello del co-
perchio superiore. La pressione esercitata dal-
l’acqua sul fondo della botte è 7,8 kPa. La densità
dell’acqua è di 1,03 103 kg/m3.
Da un foro al centro del coperchio
si alza un tubo lungo 1,00 m,
inizialmente vuoto.
c Quanto vale l’altezza della
botte?
c Qual è il valore della pres-
sione quando anche il tubo èriempito di acqua?
[0,80 m; 18 kPa]
5 LA SPINTA DI ARCHIMEDE
13 Per tappare un foro circolare di raggio 30 cm sul
portellone di un sommergibile è stata utilizzata
una piastra metallica. Il sommergibile si trova in
mare a 20 m di profondità.
c Se la piastra saltasse, quale forza bisognerebbeesercitare per poter tappare il foro?
14 Due liquidi sono versati in due vasi comunicanti.
La colonna formata dal primo liquido è alta
45 cm. Le densità sono d 1 5 1,7 3103 kg/m3 e
d 2 5 2,33103 kg/m3.
cQuanto è alta la colonna del secondo liquido?
[333 1022 m]
15 In un tubo a U vengono posti due liquidi diversi
che non si mescolano. Uno dei liquidi è acqua; la
densità dell’altro liquido è 0,92 volte la densitàdell’acqua.
cDetermina il rapporto tra l’altezza della colon-na di liquido incognito e quella della colonna diacqua.
cQual è il secondo liquido?
[1,1]
16 Un tubo a U con sezione di 1,0 cm2 è riempito di
mercurio. In uno dei due rami viene aggiuntauna quantità di glicerina pari a 10 cm3.
cCalcola di quanto si innalza la colonna di mer-curio nell’altro ramo del tubo.
[0,90 cm]
17 Due vasi comunicanti sono chiusi da due pistoni e
riempiti con un fluido di densità 0,903 103 kg/m3.Il pistone di sinistra ha un raggio di 14 cm e unamassa di 4,0 kg, mentre il pistone di destra ha unraggio di 5,0 cm e una massa di 2,2 kg.
c
Calcola la differenza di altezza del fluido tra idue vasi.
[0,24 m]
6 LA SPINTA DI ARCHIMEDE
18 Una pallina di ferro (densità 7,93 103 kg/m3) del
diametro di 9,0 mm è immersa in un bicchiered’acqua.
cQual è l’intensità della forza-peso e della spinta
di Archimede sulla pallina?[2,963 102 N; 3,743 103 N]
Discussione
A 3,8 m di profondità la pressione aumenta di 3,7 3104 Pa. Ciò è dovuto al fatto che, per ogni me-
tro di profondità, la pressione aumenta di
1,0 9,8 1,00 10 1,0 9,8 10gd mkgN
m
kgm Pa.3 3
3# # # # #= =^ c c ^h m m h
Agendo su una superficie di 1 cm2 questa pressione genera una forza di intensità
F 5 pS 5 (9,8 3 103 Pa) 3 (1,0 3104 m2) 50,98 N, che è circa il peso corrispondente a unamassa di 100 g.Si può quindi dire che ogni metro di profondità nell’acqua esercita sul corpo di un subacqueo unapressione equivalente a quella di una massa di 100 g appoggiata su una superficie di 1 cm2.
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19 Un cubo di metallo sconosciuto galleggia com-
pletamente immerso nel mercurio che ha densità
d 5 13,63 103 kg/m3. La lunghezza di un lato del
cubo è 1,00 cm.cQuanto vale la massa del cubo?
[13,6 g]
20 Il pallone di un aerostato riempito di elio è sospe-
so in aria. Il pallone si innalza sotto l’effetto diuna forza pari a 3500 N che lo spinge verso l’alto.
cQual è il volume del pallone?
(d aria 5 1,2 kg/m3; d elio 5 0,17 kg/m3)
(Trascura la massa dell’involucro del pallone ri-spetto alla massa dell’elio contenuto all’interno.)
[347 m3]
21 Una cassa cubica con il lato di 80 cm galleggia,
come mostrato in figura.
cQuanto pesa la cassa?
(Olimpiadi di fisica, selezione regionale 1993)
[2,513 103 N]
8 LA MISURA DELLA PRESSIONEATMOSFERICA
22 All’interno di un pallone è presente una pressio-
ne di 2 atm dovuta all’aria compressa contenuta.
c Qual è l’intensità della forza esercitata dall’ariacompressa su una porzione di pallone di area pari
a 1 cm2
?[23 101 N]
23 I tre recipienti a, b e c rappresentati nella figura
contengono del gas e sono collegati a un tubo che
contiene mercurio, di densità 13,6 3 103 kg/m3.
Il tubo è aperto all’estremità di destra, quindi èsottoposto alla pressione atmosferica.
Il dislivello nei casi b ec è di 10,0 cm.
cCalcola la pressione del gas nei tre casi.
cQuanto dovrebbe essere lungo il tubo se la pres-
sione del gas fosse il triplo di quella atmosferica?
[1,013 105 Pa; 87,73 103 Pa; 1143 103 Pa; 2,27 m]
aria
a
b
c
1 0 c m
1 0 c m
gas
Hg
9 LA CORRENTE DI UN FLUIDO
24 La portata di un rubinetto è 5,03 105 m3/s. Per
riempire una bottiglia di acqua impieghi 40 s.
cQual è il volume della bottiglia?
[2,03 103 m3]
25 Andrea deve travasare 10 kg di olio d’oliva
(d 5 920 kg/m3) da un barilotto a una tanica più
facilmente trasportabile. Il rubinetto del barilot-to ha una portata di 4,03 105 m3/s.
c Quanto tempo serve per compiere tale opera-
zione?
[2,73 102 s]
26 Le spettacolari Cascate Vittoria si trovano lungo
il corso del fiume Zambesi, che in questo punto
demarca il confine geografico e politico tra lo
Zambia e lo Zimbabwe. Nella stagione delle piog-
ge, il fiume scarica acqua con una portata di9100 m3/s.
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434
ESERCIZI
Il più grande cratere conosciuto nell’intero Siste-ma Solare si trova sulla Luna, e ne occupa l’interoPolo Sud, con un diametro di 2240 km e una pro-
fondità di 13 km.cQuanto tempo impiegherebbe il flusso d’acquadelle Cascate Vittoria a riempire d’acqua il crate-re lunare?
[1,83 105 anni]
10 L’EQUAZIONE DI CONTINUITÀ
27 In Umbria, a Città di Castello nell’alta valle del
Tevere, il fiume ha una portata di 100 m3
/s. Lavelocità dell’acqua che attraversa una sezione delletto del fiume è 0,50 m/s.
c Quanto vale la superficie di quella sezione tra-sversale?
[200 m2]
28 In un idrante, l’acqua scorre con una velocità di
intensità 1,5 m/s. All’uscita del tubo, di raggio5,0 cm, c’è un ugello, di raggio 2,5 cm.
cCon quale velocità l’acqua attraversa l’ugello?
[6,0 m/s]
29 In un tubo orizzontale cilindrico di raggio di base
r 1 5 4,00 cm scorre acqua alla velocità di 2,40 m/s.All’uscita del tubo viene posta una strozzatura di
raggio r 2 5 2,00 cm.c Calcola la velocità con cui l’acqua esce dallastrozzatura.
[9,60 m/s]
30 In un tubo di diametro 10 cm scorre un flusso
d’acqua di portata pari a 8,0 3 103 m3/s. In uncerto tratto il tubo si deve restringere perché l’ac-qua possa fuoriuscire alla velocità di 8,0 m/s.
cCalcola il diametro del tratto più stretto.
[3,6 cm]
PROBLEMA SVOLTO
In un grande tino la superficie libera del vino è a 3,68 mda terra.Nella parte bassa del tino, a 1,15 m da terra, c’èun’apertura chiusa con un tappo.
c Qual è la velocità con cui il vino esce dall’apertura se sitoglie il tappo?
(Poni g 5 9,80 m/s2.)
A
yA
B
yB = 0,15 m
g = 9,80 m/s2
vB = ?
yB
yA = 3,68 m
31
11 L’EQUAZIONE DI BERNOULLI
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435
Grandezze Simboli Valori Commenti
Dati Quota superiore del liquido y A 3,68 m
Quota inferiore del liquido y B 1,15 m
Accelerazione di gravità g 9,80 m/s2
Incognite Velocità di fuoruscita del liquido v B ?
Strategia e soluzione
• Il vino, come tutti i liquidi, è incompressibile. Quindi possiamo risolvere il problema mediante laformula (12), facendo l’ipotesi che gli attriti presenti nel sistema siano trascurabili.
• Indichiamo con A la superficie superiore del vino nel tino. Abbiamo:
- v A 5 0 (il recipiente è grande e il foro alla base è piccolo: la velocità con cui diminuisce il livellosuperiore del vino è trascurabile);
- p A 5 p0 (sulla superficie del vino agisce la pressione atmosferica p0);- y A 5 3,68 m.
• Indichiamo con B la zona del foro alla base del tino.Qui abbiamo:- v B 5 v (è l’incognita che dobbiamo determinare);- p B 5 p0 (è la pressione che agisce su B dall’esterno; la variazione di pressione atmosferica tra la
quota A e quella B è trascurabile);- y B 5 1,15 m.
• Riscrivendo la formula (12)
p dv dgy p dv dgy2
1
2
1 A A A B B B
2 2+ + = + +
con questi dati, otteniamo l’espressione
2
10 p d dgy p dv dgy
2
10
2
A B0
2#+ + + +=
che diviene
dgy A 5 2
1 dv2 dgy B.
•
Semplifichiamo l’equazione precedente dividendo i due membri per la densità d e isoliamo v2
inmodo da ottenere
v2 5 2g( y A y B) & v 5 g y y2 A B-^ h .
• Ora possiamo sostituire i valori numerici e ottenere
9,80 3,68 1,15 7,04v g y y2 2s
mm m
s
m. A B 2
# #= - = - =^ c ^h m h
Discussione
Nel corso dei calcoli abbiamo ottenuto la formula v 5 g y y2 A B-^ h , nota come teorema di Torri-celli, dal nome di Evangelista Torricelli (1608-1647), che misurò per primo la pressione atmosferi-
ca ed enunciò questa relazione.
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436
ESERCIZI
32 Un serbatoio pieno d’acqua è alto 2,0 m ed è mu-
nito di un rubinetto posto a 20 cm dalla sua base.
c Calcola la velocità con cui l’acqua esce dal ru-
binetto.
[5,9 m/s]
33 Per la sua festa di compleanno, Lucia compra un
barile di birra alto 88,0 cm, con un rubinetto sulfondo perché gli invitati si servano da soli. Duran-te la festa, il barile è posto su un tavolo alto 1,20 m.
cQual è la velocità con cui la birra esce dall’aper-tura quando un invitato apre il rubinetto? (Con-sidera g 5 9,80 m/s2.)
[4,15 m/s]
12 L’ATTRITO NEI FLUIDI
34 Stai giocando a baseball con alcuni amici vicino a
un lago e un lancio potente spedisce la palla in ac-qua. La palla ha un diametro di 7,0 cm e si muovenell’acqua alla velocità costante di 2,0 cm/s, senzagenerare vortici.
cQuanto vale la forza di attrito viscoso esercitata
dall’acqua?[1,33 105 N]
13 LA CADUTA NELL’ARIA
35 Una sferetta di mercurio, di raggio 99 m, cade
in un fluido con coefficiente di viscosità pari a9,2 3 106 Pa s. La densità del mercurio è1,363 104 kg/m3.
cCalcola la velocità limite della sferetta.
[31,8 m/s]
36 Un sasso affonda nell’acqua a velocità costante.
Il volume del sasso è 10 cm3 e la sua densità è3,13 103 kg/m3. Calcola:
c la risultante delle forze che agiscono sul sasso.
c l’intensità della forza di Archimede che agiscesul sasso.
c l’intensità della forza di attrito viscoso.
(La densità dell’acqua è 1,03 103 kg/m3)
[0 N; 9,83 102 N; 0,21 N]
1 Vogliamo costruire un torchio idraulico che pos-
sa sollevare una massa di 1000 kg esercitando una
forza di 350 N in corrispondenza di un tubo che
ha un diametro di 4,00 dm.
c Qual è il valore della massa che si potrebbe
mantenere sollevata direttamente con una forza
di tale intensità?
c Quanto deve essere intensa una forza per
mantenere sollevata direttamente una massa di
1000 kg?
cQual è il rapporto fra la forza massima che vo-
gliamo esercitare e quella necessaria sul torchio
idraulico?
cQual è l’area della sezione maggiore del torchio
idraulico, quella su cui deve appoggiare la massa
da sollevare?
[35,7 kg; 9,80 kN; 28; 3,5 m2]
2 Gli iceberg sono fatti di ghiaccio, che ha densità
d g5 9,18 3 102 kg/m3, e sono parzialmente im-
mersi nell’acqua di mare, la cui densità è pari ad a5 1,033 103 kg/m3.
cQuanto vale il rapporto tra il volume della par-
te emersa e il volume totale dell’iceberg?
3 Un’imbarcazione che ha una massa di 100 kg può
essere schematizzata come una scatola di dimen-
sioni 1,000 m3 0,500 m3 0,500 m.
cQual è il volume di acqua di mare (densità pari
a 1028 kg/m3) che ha una massa uguale a quella
dell’imbarcazione?
c Per spostare questo volume d’acqua e galleg-
giare, di quanto deve essere immersa l’imbarca-
zione?
[0,0973 m3; 0,195 m]
4 Un tubo a U di raggio 1,0 cm contiene del mercurio
in equilibrio. Un tecnico di laboratorio versa nel ra-
mo sinistro un volume V a 5 130 cm3 di acqua e nel
ramo destro un volume V b 5 260 cm3 di benzolo
che spinge verso l’alto il mercurio nell’altro ramo.La densità dell’acqua è d a 5 1,03 103 kg/m3, quella
PROBLEMI GENERALI
8/17/2019 Esercizi-Cap13
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437
del mercuriod m 5 1,43 104 kg/m3 e quella del ben-
zolo d b 5 0,903 103 kg/m3.
Calcola:
c l’altezza della colonna d’acqua;
c l’altezza della colonna di benzolo;
c il dislivello che si crea tra le due superfici di se-
parazione.
acqua
mercurio
benzolo
[0,41 m; 0,83 m; 2,43 102 m]
5 Il 28 agosto 2005, in tarda mattinata, l’uragano
Katrina subì una rapida intensificazione, con
venti che raggiunsero una velocità di 280 km/h.
Tuttavia, il 29 agosto, quando l’uragano arrivò
nei pressi della costa degli Stati Uniti, in Louisia-
na, la velocità del vento era scesa a 225 km/h. Im-
magina che l’uragano sia passato al di sopra del
tetto piatto di una casa.
c Quale sarebbe stata la differenza di pressione
atmosferica tra l’interno della casa e l’esterno, il28 agosto?
c Quale fu in realtà il valore di queste differenzadi pressione il 29 agosto? (La densità dell’aria vale1,29 kg/m3.)
[3,90 3103
Pa; 2,52 3 103
Pa]
6 Immagina di trovarti su Marte e di eseguire un
esperimento: devi far cadere una sfera di mercu-rio di diametro 10 cm dentro una cisterna conte-nente glicerina. Su Marte, l’accelerazione di gra-vità è 3,74 m/s2. (La densità del mercurio è13,6 3 103 kg/m3; la densità della glicerina è1,283 103 kg/m3.)
cCalcola la velocità limite della pallina. (Trascu-ra la spinta di Archimede.)
[19 m/s]
7 L’intensità della forza di attrito viscoso che agisce
su una sfera immersa in acqua è 0,015 N. La sferascende alla velocità costante di 9,6 m/s.
cQual è il raggio della sfera?
c Quale dovrebbe essere la velocità della sfera sefosse immersa in olio d’oliva, per sperimentare lastessa forza di attrito viscoso?
[0,083 m; 0,11 m/s]
Rispondi ai quesiti in un massimo di 10 righe.
1 Definisci la grandezza fisica pressione e specificala sua unità di misura nel SI.
2 Enuncia la legge di Archimede e illustra in che
modo questa legge permette di spiegare il feno-meno del galleggiamento.
3 Ricava l’equazione di continuità.
4 Dai una definizione della viscosità di un fluido especifica l’unità di misura del coefficiente di vi-scosità nel SI.
5 Descrivi il moto di caduta di un corpo nell’aria ericava l’espressione della velocità limite per una
sfera. In quali condizioni la relazione che hai ri-cavato è valida?
QUESITI PER L’ESAME DI STATO
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ESERCIZI
1 Un parallelepipedo di legno galleggia in una va-schetta piena di acqua distillata. Nella vaschetta
viene successivamente disciolto del sale da cuci-
na. Indicate quale affermazione descrive più ade-
guatamente ciò che accade dopo lo scioglimento
del sale nell’acqua:
A il parallelepipedo sale leggermente rispetto al-
la linea di galleggiamento precedente.
B il parallelepipedo scende leggermente rispetto
alla linea di galleggiamento precedente.
C il parallelepipedo rimane nella stessa posizio-
ne occupata precedentemente.
D il parallelepipedo affonda completamente
nell’acqua.
E non vi sono dati sufficienti per fare una previ-
sione attendibile.
(Prova di ammissione al Corso di laurea in Medici-
na Veterinaria, 2009/2010)
2 Un condotto è percorso da un fluido incompri-mibile in moto stazionario. Siano V 1 e V 2 le velo-
cità del fluido in corrispondenza delle sezioni S 1 e
S 2 del condotto. Supponendo S 15 2S 2:
A V 15 V 2
B V 2 5 2V 1
C V 1 eV 2 dipendono dalla forma delle sezioni
D V 1 5 2V 2
E V 2 5 4V 1
(Prova di ammissione al Corso di laurea in Scienze
Motorie, 2009/2010)
3 Assumendo per l’acqua di mare una densità co-
stante di 1,03 chilogrammi/decimetro cubo, cal-
colare la variazione del valore di pressione tra il
fondo del mare e la sua superficie sapendo che il
fondo dista 3 chilometri dalla superficie.
A Variazione di pressione5 1,033 103 3 9,83
3 33 103 53,03 107 pascal
B Variazione di pressione 5 1,033 9,8 3 3 3
TEST PER L’UNIVERSITÀ3 103 5 3,03 104 pascal
C Variazione di pressione 5 1,03 3 9,8 3 3 5 5 30 pascal
D Variazione di pressione 5 1,03 3 103 3 3 3
3 103 5 3,03 106 pascal
E Variazione di pressione5 1,033 104 3 9,83
3 33 103 5 3,03 108 pascal
(Prova di ammissione al Corso di laurea in Medici-na Veterinaria, 2008/2009)
4 Consideriamo i tre recipienti di figura. Sapendoche i liquidi presenti nei recipienti hanno la stessadensità e altezza cosa si può dire delle pressionisul fondo?
(1) (3)(2)
A P 1 >P 2 >P 3
B P 1 5 P 2 >P 3
C P 1 5 P 2 5 P 3
D P 2 5 P 1 P 3
E P 1 5 P 3 >P 2
(Prova di ammissione al Corso di laurea in Scienze Motorie, 2007/2008)
1 Un blocco di ferro di massa 5,0 kg è appeso ad undinamometro ed immerso completamente in unliquido di densità non nota. Sapendo che il valoreletto dal dinamometro è di 6,16 N, trovare ladensità del liquido. Si ricorda che la densità delferro è 7,86 g/cm3.
(Esame di Fisica, Corso di laurea in Farmacia,Università La Sapienza di Roma, 2009/2010)
2 Una pompa immette dell’acqua in un tubo circo-lare di diametro d 1 5 3,0 cm. L’acqua scorre den-tro il tubo alla velocità v1 5 0,50 m/s. Il tubo ter-
mina con un erogatore avente il diametrod 2 5 0,6 cm. La pressione dell’acqua all’uscita
PROVE D’ESAME ALL’UNIVERSITÀ
8/17/2019 Esercizi-Cap13
http://slidepdf.com/reader/full/esercizi-cap13 13/13
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dell’erogatore è p2 5 1 atm e l’erogatore e la pom-
pa si trovano alla stessa quota. Determinare:
c la velocità con la quale l’acqua esce dell’eroga-
tore;
c la pressione con la quale la pompa immette
l’acqua nel tubo.
(Esame di Fisica, Corso di laurea in Farmacia,
Università La Sapienza di Roma, 2009/2010)
3 Un blocco di legno galleggia in acqua con il
66,7% di volume immerso e galleggia in olio con
il 90,0% del volume immerso. Determinare:
c la densità dell’olio;c la densità del legno.
Se il blocco è un cubo e l’area di una faccia è
S5 25 cm2, determinare:
c la lunghezza immersa in acqua.
(Esame di Fisica, Corso di laurea in Farmacia,
Università La Sapienza di Roma, 2008/2009)
4 Un tubo di gomma da giardino del diametro di
3,0 cm è usato per riempire una piscina rotondadel diametro di 6,0 m. Trovare quanto tempo oc-
correrà per riempire la piscina fino ad un livello
di 1,2 m sapendo che l’acqua esce dal tubo di
gomma ad una velocità di 2,4 m/s.
(Esame di Fisica, Corso di laurea in Farmacia,
Università La Sapienza di Roma, 2007/2008)
1 When an object moves at high velocity in a fluid
the drag force on it is given by F 5 Kv2 A, where v
is the object’s velocity and A its area. What sort of
quantity isK ?
A A mass.
B An acceleration.
C A length.
D A density.
(Oxford Physics Aptitude Test (PAT), Oxford Uni-versity , 2009/2010)
STUDY ABROAD
2 A yacht on a lake drops its anchor overboard.What happens to the water level in the lake?
A It rises very slightly.
B It stays exactly the same.
C It falls very slightly.
D It’s impossible to say.
(Oxford Physics Aptitude Test (PAT), Oxford Uni-versity , 2009/2010)
3 A hollow toy boat is floating in a bath. If you takea teaspoon full of water out of the bath and put itin the boat, what happens to the water level in the
bath?A The level goes down.
B The level goes up.
C The level stays the same.
D There isn’t enough information to say.
(Oxford Physics Aptitude Test (PAT), Oxford Uni-versity , 2006/2007)