Transcript Esercizio 2
Esercizio 1 Un petardo è lanciato in aria verticalmente verso l’alto ed esplode in tre pezzi di massa uguale, proprio quando raggiunge il punto più alto della sua traiettoria. Due dei tre pezzi si allontanano a 120 m/ s in direzioni che formano un angolo retto una rispetto all’altra. Con quale velocità si muoverà il terzo frammento immediatamente dopo l’esplosione ? Soluzione Dalla conservazione delle quantita' di moto, considerando che lo stato iniziale e' quello del petardo con zero velocita' (punto massimo) si ha ⃗0=m v⃗1 +m v⃗2+m v⃗3 . Se assumiamo che il pezzo 1 vada lungo y e il pezzo 2 lungo x (sono perpendicolari tra loro), in componenti risulta: x 0=m v 2+m v 3 lungo x . Di conseguenza, y 0=m v 1+m v3 lungo y x v3 =−v 2 . y v3 =−v1 Il terzo pezzo si muovera' pertanto con velocita' v⃗3=−(v 2 ̂i +v 1 ̂j )=−(120 ̂i +120 ̂j) cioe' con modulo ∣v⃗3∣=169.7 m/s∼170 m/ s Esercizio 2 Una pallina da ping-pong ha un diametro di 3.80 cm e una densita' media di ρ=0.084 g / cm3 . Quale forza e' necessaria per tenerla completamente immersa in acqua ? Soluzione Se con ⃗A indichiamo la forza di Archimede, all'equilibrio deve valere: F app +mg −A=0 F app = A−mg Poiche' (Il problema e' unidimensionale lungo la verticale). Pertanto quando m=V ρ A=V ρw g . si ottiene 4 F app =Vg (ρw −ρ)= π r 3 g (ρw −ρ) 3 4 −2 3 2 3 3 F app = π (1.90×10 m) ×(9.80 m/ s )(1000 Kg /m −84.0 Kg / m ) 3 F app =0.258 N Esercizio 3 Due sfere identiche A e B di massa m = 1 g hanno la stessa carica q. Esse sono sospese ad un punto I da due fili inestensibili di massa trascurabile e della stessa lunghezza L =10 cm. All' equilibrio l' angolo tra i due fili e' uguale a 60o . Calcolare il valore comune delle due cariche. [ Ricordiamo che g=9.81 m/ s 2 e 1 Nm =9 10˙ 9 2 4 π ϵ0 C 2 ] Soluzione: Il sistema e'simmetrico e all' equilibrio la somma delle forze applicate a ciascuna delle due particelle deve essere nulla. Per esempio in B deve valere: T⃗ +m ⃗g + F⃗e =0 . Proiettando sui due assi cartesiani si ottiene o −T cos 60 + F e=0 lungo x “ o T sin 60 −mg=0 lungo y Facendo il rapporto tra le due equazioni si ottien 1 2 mg F e /mg = × oppure F e= . 2 √3 √3 Per simmetria il triangolo IAB e' equilatero con AB = L. Essendo la forza Columbiana repulsiva si ottiene infine 2 F e= 1 q mg = 4 π ϵ0 L 2 √ 3 da cui q= L √ 4 π ϵ0 m g =0.8 10˙−7 C √3 Esercizio 4 Con riferimento al circuito in figura, calcolare la corrente I che passa in R1 e la potenza dissipata in R3, sapendo che 3 E=10 V , R 1=10 Ω , R 2 =600Ω , R3=200Ω , 3 R 4=300Ω , R5 =2×10 Ω Soluzione Le resistenze (R3+R4) e R5 sono in parallelo. Pertanto la resistenza equivalente vale: R p= R 5( R 3+R4 ) =400 Ω . R3 +R 4+ R 5 Dato che R1, R2 e Rp risultano in serie, possiamo calcolare I: I= E =5 10˙−3 A . R1+ R p + R 2 Per la potenza in R3 occorre calcolare la corrente che passa nel ramo di R3. Utilizzando la legge dei nodi e la legge di Ohm si ottiene I =I 1+I 2 I 1= dove V AB V e I 2 = AB . Poiche' R3 +R 4 R5 −3 2 V AB= I R p=5 10˙ A×4 10˙ Ω=2 Volt si ottiene I 1= V AB 2V = 4 10˙−3 A . Infine per la potenza si ha R3 +R 4 500Ω P= I 21 R 3=(4 10˙ ¿3 A)2 ×2 10˙ 2 Ω=3,2 10˙−3 W