OII 2012 1° Livello

Un corpo di massa pari a $2.0\text{kg}$ pesa $10.0\text{N}$ sul pianeta X.

L’accelerazione di gravità sul pianeta X vale

• A. $0.20{\text{m s}}^{-2}$
• B. $0.50{\text{m s}}^{-2}$
• C. $5.0{\text{m s}}^{-2}$
• D. $9.8{\text{m s}}^{-2}$
• E. $20{\text{m s}}^{-2}$ Topic: Newtonian Mechanics, Gravitation Metodi: Free-Body Diagram, Newton’s Law of Gravitation Competenze: Physical Reasoning Objects: Planet Fonte: Testo (PDF) — p.3 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

A body of mass equal to $2.0\text{kg}$ weighs $10.0\text{N}$ on planet X.

The acceleration of gravity on planet X is

• A. $0.20{\text{m s}}^{-2}$
• B. $0.50{\text{m s}}^{-2}$
• C. $5.0{\text{m s}}^{-2}$
• D. $9.8{\text{m s}}^{-2}$
• E. $20{\text{m s}}^{-2}$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

In una regione è presente un campo uniforme di induzione magnetica $\vec{B}$. Una particella di carica $Q$ e quantità di moto $\vec{p}$ entra nella regione viaggiando ad angolo retto rispetto al campo e viene deflessa di $90°$ per azione della forza magnetica, come mostrato nel diagramma. Tutte le altre forze si possono trascurare.

Quale delle seguenti è l’espressione corretta per la lunghezza $s$ della traiettoria nella regione di campo magnetico?

• A. $\frac{pQ}{4B}$
• B. $\frac{\pi p}{2BQ}$
• C. $\frac{\pi pQ}{2B}$
• D. $\frac{\pi p}{BQ}$
• E. $\frac{\pi pQ}{B}$

Particle deflected 90° in magnetic field

Topic: Magnetism, Newtonian Mechanics Metodi: Lorentz Force Analysis, Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Point Charge Fonte: Testo (PDF) — p.3 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

In a region there is a uniform magnetic induction field $\vec{B}$. A particle with charge $Q$ and momentum $\vec{p}$ enters the region traveling at right angles to the field and is deflected by $90°$ due to the magnetic force, as shown in the diagram. All other forces can be neglected.

Which of the following is the correct expression for the length $s$ of the trajectory in the magnetic field region?

• A. $\frac{pQ}{4B}$
• B. $\frac{\pi p}{2BQ}$
• C. $\frac{\pi pQ}{2B}$
• D. $\frac{\pi p}{BQ}$
• E. $\frac{\pi pQ}{B}$

Particle deflected 90° in magnetic field

Answer: B · Soluzioni (PDF)

La potenza meccanica sviluppata dal motore di un’automobile che viaggia alla velocità $v=100\text{km/h}$ è $P=45\text{kW}$. Il rendimento del motore è $\eta =40\%$ e il potere calorifico del carburante è $q=42\text{MJ/L}$.

Il consumo, convenzionalmente espresso in «litri/100 km», è:

• A. $2.4$
• B. $2.7$
• C. $9.6$
• D. $10$
• E. $15$ Topic: Thermodynamics, Newtonian Mechanics Metodi: Energy Conservation Method, Dimensional Analysis Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Heat Engine Fonte: Testo (PDF) — p.3 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

The mechanical power developed by the engine of a car traveling at speed $v=100\text{km/h}$ is $P=45\text{kW}$. The efficiency of the engine is $\eta =40\%$ and the calorific value of the fuel is $q=42\text{MJ/L}$.

The consumption, conventionally expressed in “liters/100 km”, is:

• A. $2.4$
• B. $2.7$
• C. $9.6$
• D. $10$
• E. $15$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

Si sottrae una quantità $Q=14.5\text{MJ}$ di energia termica a $5.0\text{kg}$ di vapor acqueo inizialmente a $150°\text{C}$ che si trova in un recipiente chiuso. Si adotti come valore medio del calore specifico del vapor acqueo $c_V=1.53{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$.

Il risultato dell’operazione è:

• A. Vapor acqueo.
• B. Miscuglio di vapor acqueo e acqua liquida.
• C. Acqua liquida.
• D. Miscuglio di acqua liquida e ghiaccio.
• E. Ghiaccio. Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Ideal Gas Law Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Gas, Container Fonte: Testo (PDF) — p.3 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A quantity $Q=14.5\text{MJ}$ of thermal energy is removed from $5.0\text{kg}$ of water vapor initially at $150°\text{C}$ which is in a closed container. Take $c_V=1.53{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$ as the average value of the specific heat of water vapor.

The result of the operation is:

• A. Water vapor.
• B. A mixture of water vapor and liquid water.
• C. Liquid water.
• D. A mixture of liquid water and ice.
• E. Ice. Answer: D · Soluzioni (PDF)

Quale dei seguenti processi descrive una trasformazione isoterma reversibile di un gas perfetto?

• A. La pressione decresce lentamente, il volume cresce lentamente e non c’è scambio di calore.
• B. Il volume rimane costante e il sistema assorbe calore.
• C. Il volume diminuisce bruscamente e il sistema cede calore.
• D. La pressione diminuisce lentamente, il volume cresce lentamente e il sistema assorbe calore.
• E. La pressione rimane costante e il sistema cede calore. Topic: Thermodynamics Metodi: Ideal Gas Law, Thermodynamic Cycle Analysis Competenze: Physical Reasoning Objects: Gas Fonte: Testo (PDF) — p.3 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

Which of the following processes describes a reversible isothermal transformation of an ideal gas?

• A. The pressure decreases slowly, the volume increases slowly, and there is no heat exchange.
• B. The volume remains constant and the system absorbs heat.
• C. The volume decreases abruptly and the system releases heat.
• D. The pressure decreases slowly, the volume increases slowly, and the system absorbs heat.
• E. The pressure remains constant and the system releases heat. Answer: D · Soluzioni (PDF)

Un motore che ha una potenza massima di $8.1\times 10^4\text{W}$ viene utilizzato per un montacarichi che pesa $1.8\times 10^4\text{N}$.

Qual è il massimo peso del carico posto nel montacarichi che questo motore può sollevare ad una velocità media di $3.0{\text{m s}}^{-1}$?

• A. $0.9\times 10^4\text{N}$
• B. $1.8\times 10^4\text{N}$
• C. $2.4\times 10^4\text{N}$
• D. $2.7\times 10^4\text{N}$
• E. $9.0\times 10^4\text{N}$ Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.3 Risposta: A · Soluzioni (PDF)

A motor with a maximum power of $8.1\times 10^4\text{W}$ is used for a freight elevator that weighs $1.8\times 10^4\text{N}$.

What is the maximum weight of the load placed in the freight elevator that this motor can lift at an average speed of $3.0{\text{m s}}^{-1}$?

• A. $0.9\times 10^4\text{N}$
• B. $1.8\times 10^4\text{N}$
• C. $2.4\times 10^4\text{N}$
• D. $2.7\times 10^4\text{N}$
• E. $9.0\times 10^4\text{N}$ Answer: A · Soluzioni (PDF)

Un oggetto è collocato davanti ad uno specchio sferico concavo. La lunghezza focale è $0.10\text{m}$.

A quale distanza dal vertice dello specchio può trovarsi l’oggetto, fra quelle indicate sotto, perché si formi un’immagine virtuale?

• A. $0.05\text{m}$
• B. $0.15\text{m}$
• C. $0.25\text{m}$
• D. $0.35\text{m}$
• E. $0.45\text{m}$ Topic: Geometric Optics Metodi: Thin Lens & Mirror Equation, Ray Tracing Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.4 Risposta: A · Soluzioni (PDF)

An object is placed in front of a concave spherical mirror. The focal length is $0.10\text{m}$.

At what distance from the vertex of the mirror can the object be, among those indicated below, for a virtual image to form?

• A. $0.05\text{m}$
• B. $0.15\text{m}$
• C. $0.25\text{m}$
• D. $0.35\text{m}$
• E. $0.45\text{m}$ Answer: A · Soluzioni (PDF)

Un oggetto di $0.40\text{kg}$ è attaccato ad una corda lunga $0.80\text{m}$. La massa e la corda vengono fatte ruotare in un piano verticale attorno all’altra estremità della corda.

Qual è la tensione della corda quando l’oggetto si trova nel punto più alto, se in quel punto il modulo della velocità è $3.0{\text{m s}}^{-1}$?

• A. $0\text{N}$
• B. $0.29\text{N}$
• C. $0.58\text{N}$
• D. $4.5\text{N}$
• E. $5.8\text{N}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Free-Body Diagram, Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: String Fonte: Testo (PDF) — p.4 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

An object of $0.40\text{kg}$ is attached to a rope of length $0.80\text{m}$. The mass and the rope are made to rotate in a vertical plane around the other end of the rope.

What is the tension of the rope when the object is at the highest point, if at that point the magnitude of the velocity is $3.0{\text{m s}}^{-1}$?

• A. $0\text{N}$
• B. $0.29\text{N}$
• C. $0.58\text{N}$
• D. $4.5\text{N}$
• E. $5.8\text{N}$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

Una piccola moneta è appoggiata su un disco orizzontale che ruota a $33.3$ giri al minuto. Il coefficiente di attrito statico tra la moneta e la superficie del disco è $0.30$.

Qual è la massima distanza dall’asse di rotazione a cui la moneta può restare appoggiata sul disco senza scivolare?

• A. $0.024\text{m}$
• B. $0.048\text{m}$
• C. $0.12\text{m}$
• D. $0.24\text{m}$
• E. $0.48\text{m}$ Topic: Newtonian Mechanics, Rotational Dynamics Metodi: Free-Body Diagram, Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Disk Fonte: Testo (PDF) — p.4 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A small coin is resting on a horizontal disk that rotates at $33.3$ revolutions per minute. The coefficient of static friction between the coin and the surface of the disk is $0.30$.

What is the maximum distance from the axis of rotation at which the coin can remain resting on the disk without slipping?

• A. $0.024\text{m}$
• B. $0.048\text{m}$
• C. $0.12\text{m}$
• D. $0.24\text{m}$
• E. $0.48\text{m}$ Answer: D · Soluzioni (PDF)

Un condensatore da $3.0\mu \text{F}$ è collegato in serie con uno da $6.0\mu \text{F}$.

Se si applica una differenza di potenziale di $300\text{V}$ al blocco formato dai due condensatori, qual è l’energia totale immagazzinata?

• A. $0.09\text{J}$
• B. $0.18\text{J}$
• C. $0.27\text{J}$
• D. $0.41\text{J}$
• E. $0.81\text{J}$ Topic: Electrostatics, Circuits Metodi: Equivalent Circuit Reduction, Electric Potential Method Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Capacitor Fonte: Testo (PDF) — p.4 Risposta: A · Soluzioni (PDF)

A capacitor of $3.0\mu \text{F}$ is connected in series with one of $6.0\mu \text{F}$.

If a potential difference of $300\text{V}$ is applied to the block formed by the two capacitors, what is the total stored energy?

• A. $0.09\text{J}$
• B. $0.18\text{J}$
• C. $0.27\text{J}$
• D. $0.41\text{J}$
• E. $0.81\text{J}$ Answer: A · Soluzioni (PDF)

Una barriera di scogli, posta vicino alla costa, viene investita dalle onde del mare. Nella barriera c’è un’apertura attraverso cui le onde entrano. Dopo aver attraversato la barriera, le onde si allargano per diffrazione.

L’allargamento è più o meno accentuato in funzione …

• A. … dell’ampiezza e della frequenza dell’onda incidente.
• B. … della lunghezza d’onda e della velocità dell’onda incidente.
• C. … della lunghezza d’onda e della larghezza dell’apertura.
• D. … dell’ampiezza dell’onda e della larghezza dell’apertura.
• E. … solo della larghezza dell’apertura. Topic: Wave Optics, Oscillations & Waves Metodi: Interference & Diffraction Analysis, Superposition Principle Competenze: Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.4 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

A barrier of rocks, located near the coast, is struck by sea waves. In the barrier there is an opening through which the waves enter. After passing through the barrier, the waves spread out due to diffraction.

The spreading is more or less pronounced depending on …

• A. … the amplitude and frequency of the incident wave.
• B. … the wavelength and speed of the incident wave.
• C. … the wavelength and the width of the opening.
• D. … the amplitude of the wave and the width of the opening.
• E. … only the width of the opening. Answer: C · Soluzioni (PDF)

In un’operazione di soccorso, un salvagente viene lasciato cadere verticalmente da un elicottero che si libra immobile in aria a favore di una persona che non sta nuotando e che viene trascinata dalla corrente del fiume a velocità costante $v$. L’elicottero si trova ad un’altezza di $9.8\text{m}$ e nell’istante in cui il salvagente è lasciato cadere la persona si trova a $6.0\text{m}$ di distanza a monte del punto posto perpendicolarmente sotto l’elicottero. Il salvagente cade davanti alla persona a $2.0\text{m}$ di distanza. Trascurare la resistenza dell’aria.

Qual è la velocità della corrente d’acqua del fiume?

• A. $13{\text{m s}}^{-1}$
• B. $9.8{\text{m s}}^{-1}$
• C. $6.3{\text{m s}}^{-1}$
• D. $2.8{\text{m s}}^{-1}$
• E. $2.4{\text{m s}}^{-1}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Projectile Fonte: Testo (PDF) — p.4 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

In a rescue operation, a lifebuoy is dropped vertically from a helicopter hovering motionless in the air for a person who is not swimming and who is being carried by the river current at a constant speed $v$. The helicopter is at a height of $9.8\text{m}$ and at the instant the lifebuoy is dropped, the person is at a distance $6.0\text{m}$ upstream of the point located perpendicularly below the helicopter. The lifebuoy falls ahead of the person at a distance of $2.0\text{m}$. Neglect air resistance.

What is the speed of the river’s water current?

• A. $13{\text{m s}}^{-1}$
• B. $9.8{\text{m s}}^{-1}$
• C. $6.3{\text{m s}}^{-1}$
• D. $2.8{\text{m s}}^{-1}$
• E. $2.4{\text{m s}}^{-1}$ Answer: D · Soluzioni (PDF)

Una pattinatrice sta ruotando su se stessa con le braccia allargate alla velocità angolare di $3.0{\text{rad s}}^{-1}$. In tale situazione il suo momento di inerzia vale $0.8{\text{kg m}}^2$. Ad un certo istante chiude le braccia lungo il corpo e la sua velocità angolare raggiunge i $7{\text{rad s}}^{-1}$. Si può trascurare qualsiasi forma di attrito e la resistenza dell’aria.

Qual è il momento di inerzia della ragazza con le braccia lungo il corpo?

• A. $0.15{\text{kg m}}^2$
• B. $0.34{\text{kg m}}^2$
• C. $0.56{\text{kg m}}^2$
• D. $1.5{\text{kg m}}^2$
• E. $1.8{\text{kg m}}^2$ Topic: Rotational Dynamics Metodi: Torque & Angular Momentum Analysis, Conservation of Momentum Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.5 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

A skater is spinning on herself with her arms outstretched at an angular velocity of $3.0{\text{rad s}}^{-1}$. In this situation her moment of inertia is $0.8{\text{kg m}}^2$. At a certain instant she brings her arms in close to her body and her angular velocity reaches $7{\text{rad s}}^{-1}$. Any form of friction and air resistance can be neglected.

What is the girl’s moment of inertia with her arms close to her body?

• A. $0.15{\text{kg m}}^2$
• B. $0.34{\text{kg m}}^2$
• C. $0.56{\text{kg m}}^2$
• D. $1.5{\text{kg m}}^2$
• E. $1.8{\text{kg m}}^2$ Answer: B · Soluzioni (PDF)

Due mattoni identici e omogenei di lunghezza $L$ sono posti sopra un tavolo e impilati uno sopra l’altro come mostrato in figura.

Di quale distanza $S$ il bordo del mattone superiore può sporgere, al massimo, dal bordo del tavolo in modo tale che il sistema rimanga ancora in equilibrio?

• A. $L/2$
• B. $2L/3$
• C. $3L/4$
• D. $7L/8$
• E. $L$ Topic: Rigid Body Statics, Newtonian Mechanics Metodi: Torque & Angular Momentum Analysis, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Block Fonte: Testo (PDF) — p.5 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

Two identical and homogeneous bricks of length $L$ are placed on a table and stacked one on top of the other as shown in the figure.

By what distance $S$ can the edge of the upper brick protrude, at most, from the edge of the table so that the system is still in equilibrium?

• A. $L/2$
• B. $2L/3$
• C. $3L/4$
• D. $7L/8$
• E. $L$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

Un oggetto posto su un piatto di una bilancia a bracci uguali è equilibrato da una massa campione di $12\text{kg}$. Quando è appeso ad un dinamometro, lo strumento misura $118\text{N}$. Ogni cosa (bilancia, dinamometro, massa campione e oggetto) viene ora trasportata sulla Luna dove l’accelerazione gravitazionale è circa un sesto di quella presente sulla Terra.

Le nuove letture dei due strumenti sono ora rispettivamente …

• A. … $2\text{kg}$, $20\text{N}$
• B. … $2\text{kg}$, $118\text{N}$
• C. … $12\text{kg}$, $20\text{N}$
• D. … $12\text{kg}$, $118\text{N}$
• E. … $12\text{kg}$, $708\text{N}$ Topic: Newtonian Mechanics, Gravitation Metodi: Free-Body Diagram, Newton’s Law of Gravitation Competenze: Physical Reasoning, Estimation & Approximation Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.5 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

An object placed on one pan of an equal-arm balance is balanced by a standard mass of $12\text{kg}$. When it is hung from a dynamometer, the instrument reads $118\text{N}$. Everything (balance, dynamometer, standard mass and object) is now transported to the Moon, where the gravitational acceleration is about one sixth of that on Earth.

The new readings of the two instruments are now respectively …

• A. … $2\text{kg}$, $20\text{N}$
• B. … $2\text{kg}$, $118\text{N}$
• C. … $12\text{kg}$, $20\text{N}$
• D. … $12\text{kg}$, $118\text{N}$
• E. … $12\text{kg}$, $708\text{N}$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

Un ascensore sta scendendo alla velocità di $3.8{\text{m s}}^{-1}$. In prossimità del piano di arrivo viene frenato e rallenta con accelerazione costante di $1.5{\text{m s}}^{-2}$.

Cosa indica, all’incirca, una bilancia sulla quale è salita una persona di $55\text{kg}$, che si trova nell’ascensore mentre questo sta frenando?

• A. $330\text{N}$
• B. $450\text{N}$
• C. $540\text{N}$
• D. $620\text{N}$
• E. $750\text{N}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Free-Body Diagram, Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.5 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

An elevator is descending at a speed of $3.8{\text{m s}}^{-1}$. Near the arrival floor it is braked and slows down with a constant acceleration of $1.5{\text{m s}}^{-2}$.

What does a scale approximately read on which a person of $55\text{kg}$ has stepped, who is in the elevator while it is braking?

• A. $330\text{N}$
• B. $450\text{N}$
• C. $540\text{N}$
• D. $620\text{N}$
• E. $750\text{N}$ Answer: D · Soluzioni (PDF)

Un asciugacapelli elettrico consuma una quantità $E=6.0\times 10^5\text{J}$ di energia quando funziona a $220\text{V}$ per $30$ minuti.

Durante il funzionamento, nell’asciugacapelli approssimativamente circola una corrente efficace di:

• A. $0.5\text{A}$
• B. $1.0\text{A}$
• C. $1.5\text{A}$
• D. $2.0\text{A}$
• E. $2.5\text{A}$ Topic: Circuits, Electromagnetism Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.5 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

An electric hairdryer consumes an amount $E=6.0\times 10^5\text{J}$ of energy when it operates at $220\text{V}$ for $30$ minutes.

During operation, an effective current of approximately the following flows in the hairdryer:

• A. $0.5\text{A}$
• B. $1.0\text{A}$
• C. $1.5\text{A}$
• D. $2.0\text{A}$
• E. $2.5\text{A}$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

In figura è rappresentata la legge oraria di un moto rettilineo.

In quale punto l’accelerazione dell’oggetto in moto è negativa?

• A. A
• B. B
• C. C
• D. D
• E. E

Position vs time graph with labeled points

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Graph Linearization Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.5 Risposta: E · Soluzioni (PDF)

The figure shows the position-time graph of a rectilinear motion.

At which point is the acceleration of the moving object negative?

• A. A
• B. B
• C. C
• D. D
• E. E

Position vs time graph with labeled points

Answer: E · Soluzioni (PDF)

Qual è, tra le seguenti, quella che approssima meglio la capienza di un cucchiaio da minestra?

• A. $1.2\times 10^{-3}{\text{m}}^3$
• B. $120\text{mL}$
• C. $12\times 10^{-3}\text{L}$
• D. $1.2{\text{cm}}^3$
• E. $0.12\times 10^{-3}{\text{dm}}^3$ Topic: Order-of-Magnitude Estimation Metodi: Order-of-Magnitude Estimation, Dimensional Analysis Competenze: Estimation & Approximation, Unit Conversion Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

Which of the following best approximates the capacity of a soup spoon?

• A. $1.2\times 10^{-3}{\text{m}}^3$
• B. $120\text{mL}$
• C. $12\times 10^{-3}\text{L}$
• D. $1.2{\text{cm}}^3$
• E. $0.12\times 10^{-3}{\text{dm}}^3$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

La figura qui riportata mostra un blocco di massa $m=7.0\text{kg}$ appoggiato su una superficie orizzontale liscia. Una forza di $100\text{N}$ viene applicata sul blocco formando un angolo di $30°$ rispetto al piano.

Qual è all’incirca l’intensità della forza $F$ che agisce orizzontalmente sul blocco sapendo che il blocco resta fermo sul pavimento?

• A. $50\text{N}$
• B. $87\text{N}$
• C. $100\text{N}$
• D. $150\text{N}$
• E. $187\text{N}$

Block on surface with angled applied force

Topic: Newtonian Mechanics, Rigid Body Statics Metodi: Free-Body Diagram, Vector Decomposition Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Block Fonte: Testo (PDF) — p.6 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

The figure shown here displays a block of mass $m=7.0\text{kg}$ resting on a smooth horizontal surface. A force of $100\text{N}$ is applied to the block forming an angle of $30°$ with respect to the plane.

What is approximately the magnitude of the force $F$ acting horizontally on the block, knowing that the block remains stationary on the floor?

• A. $50\text{N}$
• B. $87\text{N}$
• C. $100\text{N}$
• D. $150\text{N}$
• E. $187\text{N}$

Block on surface with angled applied force

Answer: B · Soluzioni (PDF)

Una molla più leggera è attaccata ad una più pesante per un estremo. Entrambe le molle sono ideali. Il sistema è disposto orizzontalmente. Un impulso si propaga in quella più leggera incidendo sulla giunzione tra le due.

In questo punto l’impulso verrà…

• A. … totalmente riflesso.
• B. … totalmente assorbito.
• C. … totalmente trasmesso alla molla più pesante.
• D. … parzialmente riflesso e parzialmente trasmesso alla molla più pesante.
• E. … parzialmente riflesso e parzialmente assorbito. Topic: Oscillations & Waves Metodi: Superposition Principle, Wave Equation Competenze: Physical Reasoning Objects: Spring Fonte: Testo (PDF) — p.6 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A lighter spring is attached to a heavier one at one end. Both springs are ideal. The system is arranged horizontally. A pulse propagates in the lighter one and strikes the junction between the two.

At this point the pulse will be…

• A. … totally reflected.
• B. … totally absorbed.
• C. … totally transmitted to the heavier spring.
• D. … partially reflected and partially transmitted to the heavier spring.
• E. … partially reflected and partially absorbed. Answer: D · Soluzioni (PDF)

Una carica elettrica è uniformemente distribuita all’interno di una sfera di raggio $a$.

Quale dei seguenti grafici meglio rappresenta l’intensità del campo elettrico in funzione della distanza dal centro della sfera?

Five graphs of E-field vs distance from center

Topic: Electrostatics Metodi: Gauss’s Law, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Sphere Fonte: Testo (PDF) — p.6 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

An electric charge is uniformly distributed inside a sphere of radius $a$.

Which of the following graphs best represents the magnitude of the electric field as a function of the distance from the center of the sphere?

Five graphs of E-field vs distance from center

Answer: D · Soluzioni (PDF)

Un costruttore dichiara che un’automobile può accelerare da ferma a $24{\text{m s}}^{-1}$ in $6\text{s}$.

Che distanza percorrerà, partendo da ferma, in $10\text{s}$ con questa accelerazione supposta costante?

• A. $40\text{m}$
• B. $120\text{m}$
• C. $144\text{m}$
• D. $200\text{m}$
• E. $240\text{m}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A manufacturer claims that a car can accelerate from rest to $24{\text{m s}}^{-1}$ in $6\text{s}$.

What distance will it travel, starting from rest, in $10\text{s}$ with this acceleration assumed constant?

• A. $40\text{m}$
• B. $120\text{m}$
• C. $144\text{m}$
• D. $200\text{m}$
• E. $240\text{m}$ Answer: D · Soluzioni (PDF)

Due resistori e tre amperometri sono collegati ad un generatore come in figura.

Qual è la forza elettromotrice fornita dal generatore?

• A. $60\text{V}$
• B. $120\text{V}$
• C. $220\text{V}$
• D. $440\text{V}$
• E. $500\text{V}$

Circuit with two resistors and three ammeters

Topic: Circuits, Electromagnetism Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor, Battery Fonte: Testo (PDF) — p.6 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

Two resistors and three ammeters are connected to a generator as shown in the figure.

What is the electromotive force supplied by the generator?

• A. $60\text{V}$
• B. $120\text{V}$
• C. $220\text{V}$
• D. $440\text{V}$
• E. $500\text{V}$

Circuit with two resistors and three ammeters

Answer: B · Soluzioni (PDF)

Un campione di una sostanza di massa $5.00\text{kg}$ assorbe calore da una sorgente che ne fornisce in maniera costante nel tempo una quantità pari a $41.9\text{kJ}$ ogni minuto. Il grafico rappresenta la temperatura del campione al trascorrere del tempo.

Il calore di vaporizzazione della sostanza è pari a

• A. $12.6{\text{kJkg}}^{-1}$
• B. $62.9{\text{kJkg}}^{-1}$
• C. $126{\text{kJkg}}^{-1}$
• D. $210{\text{kJkg}}^{-1}$
• E. $629{\text{kJkg}}^{-1}$

Temperature vs time graph for phase transition

Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Experimental Data Analysis Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

A sample of a substance with mass $5.00\text{kg}$ absorbs heat from a source that supplies it at a constant rate over time, equal to $41.9\text{kJ}$ every minute. The graph represents the temperature of the sample as time passes.

The heat of vaporization of the substance is equal to

• A. $12.6{\text{kJkg}}^{-1}$
• B. $62.9{\text{kJkg}}^{-1}$
• C. $126{\text{kJkg}}^{-1}$
• D. $210{\text{kJkg}}^{-1}$
• E. $629{\text{kJkg}}^{-1}$

Temperature vs time graph for phase transition

Answer: C · Soluzioni (PDF)

Una lente convergente forma in un certo punto l’immagine di un oggetto.

Cosa succede dell’immagine se la metà superiore della lente viene coperta con un cartoncino completamente opaco?

• A. Metà dell’immagine scompare.
• B. L’immagine rimane intera ma di dimensioni dimezzate.
• C. L’immagine scompare.
• D. L’immagine appare più sbiadita.
• E. L’immagine si forma sul cartoncino. Topic: Geometric Optics, Wave Optics Metodi: Ray Tracing, Superposition Principle Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Lens Fonte: Testo (PDF) — p.7 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A converging lens forms the image of an object at a certain point.

What happens to the image if the upper half of the lens is covered with a completely opaque piece of cardboard?

• A. Half of the image disappears.
• B. The image remains whole but with half the size.
• C. The image disappears.
• D. The image appears fainter.
• E. The image forms on the cardboard. Answer: D · Soluzioni (PDF)

I grafici qui riportati mostrano la relazione tra la pressione $P$ e il volume $V$ di una quantità assegnata di un gas perfetto che subisce una trasformazione termodinamica senza scambio di calore.

Quale di questi grafici meglio rappresenta la situazione?

Five P-V diagrams for adiabatic process

Topic: Thermodynamics Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, Ideal Gas Law Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Gas Fonte: Testo (PDF) — p.7 Risposta: A · Soluzioni (PDF)

The graphs shown here display the relationship between pressure $P$ and volume $V$ of a given quantity of a perfect gas undergoing a thermodynamic transformation without heat exchange.

Which of these graphs best represents the situation?

Five P-V diagrams for adiabatic process

Answer: A · Soluzioni (PDF)

Un blocco di un certo materiale avente massa $M=1.0\times 10^3\text{kg}$ assorbe una quantità $Q=2.4\times 10^3\text{kJ}$ di calore mentre la sua temperatura varia da $710°\text{C}$ a $720°\text{C}$.

Qual è il calore specifico del materiale di cui è fatto il blocco?

• A. $4.2\times 10^{-8}{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• B. $4.2\times 10^{-7}{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• C. $0.24{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• D. $2.4{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• E. $2.4\times 10^5{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$ Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Ideal Gas Law Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Block Fonte: Testo (PDF) — p.7 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

A block of a certain material having mass $M=1.0\times 10^3\text{kg}$ absorbs an amount $Q=2.4\times 10^3\text{kJ}$ of heat while its temperature varies from $710°\text{C}$ to $720°\text{C}$.

What is the specific heat of the material the block is made of?

• A. $4.2\times 10^{-8}{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• B. $4.2\times 10^{-7}{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• C. $0.24{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• D. $2.4{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$
• E. $2.4\times 10^5{\text{kJkg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

Quale combinazione di unità di misura si può adoperare per il lavoro di una forza?

• A. $\text{newton}\cdot \text{secondo}\cdot {\text{metro}}^{-1}$
• B. $\text{newton}\cdot \text{metro}\cdot {\text{secondo}}^{-1}$
• C. $\text{newton}\cdot {\text{metro}}^{-1}$
• D. $\text{newton}\cdot \text{metro}$
• E. $\text{newton}\cdot \text{metro}\cdot \text{secondo}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Dimensional Analysis Competenze: Unit Conversion, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

Which combination of units of measurement can be used for the work done by a force?

• A. $\text{newton}\cdot \text{secondo}\cdot {\text{metro}}^{-1}$
• B. $\text{newton}\cdot \text{metro}\cdot {\text{secondo}}^{-1}$
• C. $\text{newton}\cdot {\text{metro}}^{-1}$
• D. $\text{newton}\cdot \text{metro}$
• E. $\text{newton}\cdot \text{metro}\cdot \text{secondo}$ Answer: D · Soluzioni (PDF)

In figura è mostrato un raggio di luce proveniente dalla base di un oggetto, che incide su una lente di cui il punto $F$ è un fuoco, e sono mostrati cinque possibili raggi uscenti dalla lente.

Qual è il corretto cammino che compie il raggio di luce?

Lens with incident ray and five candidate refracted rays

Topic: Geometric Optics Metodi: Ray Tracing, Thin Lens & Mirror Equation Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Lens Fonte: Testo (PDF) — p.8 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

The figure shows a ray of light coming from the base of an object, which strikes a lens for which point $F$ is a focus, and five possible rays emerging from the lens are shown.

What is the correct path taken by the ray of light?

Lens with incident ray and five candidate refracted rays

Answer: C · Soluzioni (PDF)

In un incidente automobilistico un passeggero avente massa di $44\text{kg}$ e velocità di $15{\text{m s}}^{-1}$ viene fermato in $0.10\text{s}$.

Qual è l’intensità della forza media che agisce sul passeggero durante l’incidente?

• A. $293\text{N}$
• B. $440\text{N}$
• C. $660\text{N}$
• D. $4400\text{N}$
• E. $6600\text{N}$ Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Momentum Metodi: Impulse-Momentum Theorem, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.8 Risposta: E · Soluzioni (PDF)

In a car accident, a passenger with a mass of $44\text{kg}$ and a speed of $15{\text{m s}}^{-1}$ is stopped in $0.10\text{s}$.

What is the magnitude of the average force acting on the passenger during the accident?

• A. $293\text{N}$
• B. $440\text{N}$
• C. $660\text{N}$
• D. $4400\text{N}$
• E. $6600\text{N}$ Answer: E · Soluzioni (PDF)

Una serie di forze viene applicata, in successione, a due oggetti di massa diversa, A e B. I grafici mostrano l’andamento dell’accelerazione impressa su ciascun blocco dalle varie forze applicate.

In che relazione stanno fra loro le masse dei due oggetti?

• A. La massa di A è quattro volte più grande di quella di B
• B. La massa di A è il doppio di quella di B
• C. La massa è la stessa
• D. La massa di A è metà di quella di B
• E. La massa di A è un quarto di quella di B

Acceleration vs force graphs for objects A and B

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Free-Body Diagram, Graph Linearization Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Block Fonte: Testo (PDF) — p.8 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A series of forces is applied, in succession, to two objects of different mass, A and B. The graphs show the trend of the acceleration imparted to each block by the various applied forces.

What is the relationship between the masses of the two objects?

• A. The mass of A is four times larger than that of B
• B. The mass of A is twice that of B
• C. The mass is the same
• D. The mass of A is half that of B
• E. The mass of A is a quarter of that of B

Acceleration vs force graphs for objects A and B

Answer: D · Soluzioni (PDF)

L’elettrone di un atomo d’idrogeno che si trova allo stato eccitato con numero quantico principale $n=2$ decade al livello fondamentale ($n=1$) ed emette un fotone.

Sapendo che l’energia di ionizzazione di un atomo d’idrogeno è $13.6\text{eV}$, quanto vale, approssimativamente, l’energia del fotone emesso?

• A. $5.4\times 10^{-19}\text{J}$
• B. $1.6\times 10^{-18}\text{J}$
• C. $5.4\times 10^{-18}\text{J}$
• D. $2.2\times 10^{-18}\text{J}$
• E. $7.4\times 10^{-18}\text{J}$ Topic: Modern-Quantum Physics, Astrophysics Metodi: Bohr Model & Quantization, Photon Energy Relation Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Atom, Electron, Photon Fonte: Testo (PDF) — p.8 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

The electron of a hydrogen atom that is in an excited state with principal quantum number $n=2$ decays to the ground level ($n=1$) and emits a photon.

Knowing that the ionization energy of a hydrogen atom is $13.6\text{eV}$, what is, approximately, the energy of the emitted photon?

• A. $5.4\times 10^{-19}\text{J}$
• B. $1.6\times 10^{-18}\text{J}$
• C. $5.4\times 10^{-18}\text{J}$
• D. $2.2\times 10^{-18}\text{J}$
• E. $7.4\times 10^{-18}\text{J}$ Answer: B · Soluzioni (PDF)

Un pezzo di ghiaccio cade verticalmente sulla superficie ghiacciata di un lago e si frantuma in tre pezzi che schizzano via parallelamente alla superficie del lago, come schematizzato in figura che rappresenta la situazione vista dall’alto.

Se il pezzo più grosso, di $4.0\text{kg}$, inizia a muoversi a $4.0{\text{m s}}^{-1}$, con che velocità partono i due pezzi più piccoli, entrambi di $2.0\text{kg}$?

• A. $4.1{\text{m s}}^{-1}$
• B. $4.9{\text{m s}}^{-1}$
• C. $5.7{\text{m s}}^{-1}$
• D. $5.9{\text{m s}}^{-1}$
• E. $9.8{\text{m s}}^{-1}$

Top view of ice fragment splitting into three pieces

Topic: Conservation of Momentum, Newtonian Mechanics Metodi: Conservation of Momentum, Vector Decomposition Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.8 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

A piece of ice falls vertically onto the frozen surface of a lake and shatters into three pieces that shoot away parallel to the surface of the lake, as schematized in the figure that represents the situation seen from above.

If the largest piece, of $4.0\text{kg}$, begins to move at $4.0{\text{m s}}^{-1}$, at what speed do the two smaller pieces, both of $2.0\text{kg}$, start off?

• A. $4.1{\text{m s}}^{-1}$
• B. $4.9{\text{m s}}^{-1}$
• C. $5.7{\text{m s}}^{-1}$
• D. $5.9{\text{m s}}^{-1}$
• E. $9.8{\text{m s}}^{-1}$

Top view of ice fragment splitting into three pieces

Answer: C · Soluzioni (PDF)

Un’automobile di $1200\text{kg}$ di massa deve trainare un rimorchio che ha una massa di $700\text{kg}$ lungo una strada dritta in pianura.

Quando la macchina parte con un’accelerazione di $2.0{\text{m s}}^{-2}$, la forza che il rimorchio esercita sull’automobile vale

• A. $0\text{N}$
• B. $700\text{N}$
• C. $1400\text{N}$
• D. $2400\text{N}$
• E. $3800\text{N}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Free-Body Diagram, Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.8 Risposta: C · Soluzioni (PDF)

A car of mass $1200\text{kg}$ must tow a trailer that has a mass of $700\text{kg}$ along a straight road on flat ground.

When the car starts with an acceleration of $2.0{\text{m s}}^{-2}$, the force that the trailer exerts on the car is

• A. $0\text{N}$
• B. $700\text{N}$
• C. $1400\text{N}$
• D. $2400\text{N}$
• E. $3800\text{N}$ Answer: C · Soluzioni (PDF)

Tra le 5 coppie di grafici che mostrano rispettivamente la distanza percorsa (in alto) e la velocità (in basso) di un oggetto in moto, quale descrive correttamente il caso in cui la risultante delle forze applicate al corpo è nulla?

Five pairs of position and velocity graphs

Net force vs time graph for accelerating object

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Graph Linearization Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.9 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

Among the 5 pairs of graphs that respectively show the distance traveled (top) and the velocity (bottom) of a moving object, which one correctly describes the case in which the net force applied to the body is zero?

Five pairs of position and velocity graphs

Net force vs time graph for accelerating object

Answer: B · Soluzioni (PDF)

Uno studente alto $1.6\text{m}$ sta in piedi a $5.0\text{m}$ da una lente convergente; questa ne forma un’immagine su uno schermo posto a $50\text{cm}$ oltre la lente.

Quanto è alta l’immagine dello studente sullo schermo?

• A. $0.016\text{m}$
• B. $0.16\text{m}$
• C. $0.80\text{m}$
• D. $1.6\text{m}$
• E. $8.0\text{m}$ Topic: Geometric Optics Metodi: Thin Lens & Mirror Equation, Ray Tracing Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Lens, Screen Fonte: Testo (PDF) — p.9 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

A student $1.6\text{m}$ tall is standing at $5.0\text{m}$ from a converging lens; this forms an image of him on a screen placed at $50\text{cm}$ beyond the lens.

How tall is the image of the student on the screen?

• A. $0.016\text{m}$
• B. $0.16\text{m}$
• C. $0.80\text{m}$
• D. $1.6\text{m}$
• E. $8.0\text{m}$ Answer: B · Soluzioni (PDF)

Una bacchetta conduttrice lunga $\ell =20\text{cm}$ viene spostata alla velocità $v=3.0{\text{m s}}^{-1}$ in direzione perpendicolare alla sua lunghezza. Per la presenza di un campo di induzione magnetica uniforme, perpendicolare sia alla sbarretta che alla direzione di moto, si può misurare una d.d.p. tra i capi della sbarretta, $\Delta V=12\text{mV}$.

Quanto vale l’intensità del campo magnetico?

• A. $180\text{mT}$
• B. $20\text{mT}$
• C. $18\text{mT}$
• D. $13\text{mT}$
• E. $7.2\text{mT}$ Topic: Electromagnetic Induction, Magnetism Metodi: Faraday’s Law of Induction, Lorentz Force Analysis Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Rod Fonte: Testo (PDF) — p.9 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

A conducting rod of length $\ell =20\text{cm}$ is moved at speed $v=3.0{\text{m s}}^{-1}$ in a direction perpendicular to its length. Due to the presence of a uniform magnetic induction field, perpendicular to both the rod and the direction of motion, a potential difference can be measured between the ends of the rod, $\Delta V=12\text{mV}$.

What is the magnitude of the magnetic field?

• A. $180\text{mT}$
• B. $20\text{mT}$
• C. $18\text{mT}$
• D. $13\text{mT}$
• E. $7.2\text{mT}$ Answer: B · Soluzioni (PDF)

In un laboratorio medico viene portato un campione di un isotopo radioattivo di $16\text{g}$. Dopo $6$ ore, si osserva che $12\text{g}$ del campione hanno subito un decadimento.

Qual è il tempo di dimezzamento (detto anche emivita) di quell’isotopo?

• A. $12$ ore
• B. $6$ ore
• C. $4$ ore
• D. $3$ ore
• E. $2$ ore Topic: Nuclear & Particle Physics, Modern-Quantum Physics Metodi: Radioactive Decay Law Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Nucleus Fonte: Testo (PDF) — p.9 Risposta: D · Soluzioni (PDF)

A sample of a radioactive isotope of $16\text{g}$ is brought into a medical laboratory. After $6$ hours, it is observed that $12\text{g}$ of the sample have undergone decay.

What is the half-life (also called half-life) of that isotope?

• A. $12$ hours
• B. $6$ hours
• C. $4$ hours
• D. $3$ hours
• E. $2$ hours Answer: D · Soluzioni (PDF)

Un oggetto con una massa di $2.0\text{kg}$ è accelerato partendo da fermo. La figura mostra il modulo della forza risultante in funzione del tempo.

Nell’istante $t=4.0\text{s}$ la velocità dell’oggetto è circa:

• A. $2.2{\text{m s}}^{-1}$
• B. $3.5{\text{m s}}^{-1}$
• C. $5.8{\text{m s}}^{-1}$
• D. $7.0{\text{m s}}^{-1}$
• E. $11{\text{m s}}^{-1}$ Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Free-Body Diagram, Calculus-Integration Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.9 Risposta: B · Soluzioni (PDF)

An object with a mass of $2.0\text{kg}$ is accelerated starting from rest. The figure shows the magnitude of the resultant force as a function of time.

At the instant $t=4.0\text{s}$ the velocity of the object is approximately:

• A. $2.2{\text{m s}}^{-1}$
• B. $3.5{\text{m s}}^{-1}$
• C. $5.8{\text{m s}}^{-1}$
• D. $7.0{\text{m s}}^{-1}$
• E. $11{\text{m s}}^{-1}$ Answer: B · Soluzioni (PDF)