Come sapete, le Olimpiadi della Fisica rimborsano ai partecipanti il costo dei biglietti ferroviari. Siete alla ricerca di un partner che copra questi costi per il secondo turno. Quanto può aspettarsi di pagare il vostro partner?

  • A. CHF 9.-
  • B. CHF 30.-
  • C. CHF 900.-
  • D. CHF 3000.-
  • E. CHF 9000.- (F) CHF 30000.-

Topic: Order-of-Magnitude Estimation Metodi: Order-of-Magnitude Estimation Competenze: Estimation & Approximation Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.3

Come sapete, l’Olimpiadi della Fisica rimborsa ai partecipanti il costo dei biglietti ferroviari. Siete alla ricerca di un partner che copra questi costi per il secondo turno. Quanto ci si aspetta che paghi il tuo partner?

  • A. CHF 9.-
  • B. CHF 30.-
  • C. CHF 900.-
  • D. CHF 3000.-
  • E. CHF 9000.- F) CHF 30000 -

Topic: Order-of-Magnitude Estimation Metodi: Order-of-Magnitude Estimation Competenze: Estimation & Approximation Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.3

Il signor Fogg e Passepartout hanno accettato la sfida di circumnavigare il globo. Scelsero di seguire l’equatore. Il signor Fix, che li inseguiva, si trovava sempre nel punto della Terra diametralmente opposto ai due compagni. Quante volte Fix e Fogg si troveranno alla stessa altitudine nello stesso momento?

  • A. Mai.
  • B. Forse solo una volta.
  • C. Almeno due volte.
  • D. Dipende dalla posizione della Terra rispetto al Sole.

Topic: Newtonian Mechanics, Gravitation Metodi: Physical Modeling, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Planet Fonte: Testo (PDF) — p.3

Il signor Fogg e Passepartout hanno accettato la sfida di girare il globo. Scelsero di seguire l’equatore. Il signor Fix, che inseguiva, si trovava sempre nel punto della Terra diametralmente opposto alla sua compagnia. Quante volte il foggio si raggiunge la stessa altitudine nello stesso momento?

  • A. Mai.
  • ** B.** Forse solo una volta.
  • C. Almeno due volte.
  • Dipende dalla posizione della terra rispetto al sole.

Topic: Newtonian Mechanics, Gravitation Metodi: Physical Modeling, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Planet Fonte: Testo (PDF) — p.3

Quale delle seguenti configurazioni ha la più bassa costante elastica equivalente ? Tutte le singole molle hanno la stessa costante elastica e la stessa lunghezza.

  • A. [configurazione A]
  • B. [configurazione B]
  • C. [configurazione C]
  • D. [configurazione D]

quattro configurazioni di molle (A-D)

Topic: Oscillations & Waves, Newtonian Mechanics Metodi: Hooke’s Law, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Spring Fonte: Testo (PDF) — p.3

Quale delle seguenti configurazioni ha la più bassa costante elastica equivalente ? Tutte le singole molle hanno la stessa costante elastica e la stessa lunghezza.

  • A. [configurazione A]
  • B. [configurazione B]
  • C. [configurazione C]
  • D. [configurazione D]

*quattro configurazioni di molle (A-D) *

Topic: Oscillations & Waves, Newtonian Mechanics Metodi: Hooke’s Law, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Spring Fonte: Testo (PDF) — p.3

Globi ha deciso di volare sulla luna. Vorrebbe andare a trovare gli extraterrestri che si suppone vivano sulla luna. Poiché naturalmente non vuole arrivare senza nulla, ha deciso di portare con sé una forma di formaggio svizzero. Poiché vuole dividerlo equamente, porta con sé anche una bilancia a molla. Le bilance sono calibrate sulla Terra e la costante gravitazionale sulla Luna è circa sei volte più piccola che sulla Terra. Cosa scopre quando pesa la forma di formaggio sulla Luna?

  • A. Niente. La bilancia segnala lo stesso peso che sulla terra.
  • B. La bilancia indica circa sei volte il peso misurato sulla terra.
  • C. La bilancia mostra circa un sesto del peso misurato sulla terra.
  • D. Non si può prevedere.

Topic: Gravitation, Newtonian Mechanics Metodi: Physical Modeling, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning Objects: Spring, Satellite Fonte: Testo (PDF) — p.4

Il mondo ha deciso di volare sulla luna. Vorrebbe andare a trovare gli extraterrestri che suppongono di vivere sulla luna. Poiché naturalmente non vuole arrivare senza nulla, ha deciso di portare con sé una forma di formaggio svizzero. Poiché vuole dividerlo in equità, porta anche un bilancio a molla. Il bilanciamento sono calibrati sulla Terra e la costante gravitazionale sulla Luna è circa sei volte più piccolo che sulla Terra. Cosa scopre quando si pesa la forma di formaggio sulla Luna?

  • A. Niente. La bilancia segnala lo stesso peso che sulla terra.
  • ** B ** La bilancia indica circa sei volte il peso misurato sulla terra.
  • La bilancia mostra circa un sesto del peso misurato sulla terra.
  • Non si può prevedere.

Topic: Gravitation, Newtonian Mechanics Metodi: Physical Modeling, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning Objects: Spring, Satellite Fonte: Testo (PDF) — p.4

Siete in spedizione su un sottomarino sulla luna di Saturno Titano, che ha laghi di etano e metano liquidi. Hanno una densità di circa e Titano ha un’accelerazione gravitazionale di . Si sa che Titano ha una pressione superficiale di (). Il barometro del vostro sottomarino mostra una pressione di . A che profondità siete nel lago?

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.
  • E. (F)

Topic: Fluid Mechanics Metodi: Hydrostatic Equilibrium Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.4

Siete in spedizione su un sottomarino sulla luna di Saturno Titano, che ha laghi di etano e metano liquidi. Hanno una densità di circa e Titano ha un’accelerazione gravitazionale di . Se il Titano ha una pressione superficiale di (). Il barometro del vostro sottomarino mostra una pressione di . Che profondità siete nel lago?

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.
  • E. (F)

Topic: Fluid Mechanics Metodi: Hydrostatic Equilibrium Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.4

Una noce di cocco con velocità costante esplode e si divide in 3 pezzi che volano via in direzioni diverse. Quale delle seguenti affermazioni è corretta per i rispettivi vettori quantità di moto nel quadro di riferimento della noce di cocco?

  • A. Sono perpendicolari tra loro.
  • B. La somma delle loro lunghezze è uguale alla quantità di moto iniziale della noce di cocco.
  • C. I vettori hanno la stessa lunghezza.
  • D. I vettori giacciono tutti su un piano.

Topic: Conservation of Momentum, Newtonian Mechanics Metodi: Conservation of Momentum, Vector Decomposition Competenze: Physical Reasoning Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.4

Una noce di cocco con velocità costante esplode e si divide in tre pezzi volano in diverse direzioni. Quali delle seguenti affermazioni sono corrette per i rispettivi vettori quantità di moto nel quadro di riferimento della noce di cocco?

  • A. Sono perpendicolari tra loro.
  • B. La somma delle loro lunghezze è uguale alla quantità di moto iniziale della noce di cocco.
  • **C ** I vettori hanno la stessa lunghezza.
  • D. Mi sono preso il pianoforte.

Topic: Conservation of Momentum, Newtonian Mechanics Metodi: Conservation of Momentum, Vector Decomposition Competenze: Physical Reasoning Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.4

Una moto si trova in un salto a mezz’aria e la sua ruota anteriore sta girando in senso orario dal punto di vista di Alice, che osserva da un lato. Inizialmente la moto non sta ruotando e l’asse della ruota anteriore è allineato con quello della ruota posteriore. Quale delle seguenti affermazioni descrive ciò che accade e perché accade quando il conducente preme il freno sulla ruota anteriore (e la ruota smette completamente di ruotare rispetto alla moto)?

  • A. La velocità angolare della moto rimane 0, poiché non viene applicato nessun momento meccanico.
  • B. La moto inizia a girare in senso orario per effetto della conservazione del momento angolare.
  • C. La moto inizia a girare in senso antiorario per effetto della conservazione del momento angolare.
  • D. La moto inizia a girare in senso orario per effetto della conservazione dell’energia.
  • E. La moto inizia a girare in senso antiorario per effetto della conservazione dell’energia. (F) La moto cambia la sua velocità di traslazione orizzontale a causa della conservazione dell’energia.

Topic: Rotational Dynamics Metodi: Torque & Angular Momentum Analysis, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Wheel Fonte: Testo (PDF) — p.4

Una moto si trova in un salto in mezzo a un’area e la sua strada anteriore gira in senso orario dal punto di vista di Alice, che osserva da un lato. Inizialmente la moto non sta ruotando e l’asse della strada anteriore è allineato con quello della strada posteriore. Quali delle seguenti affermazioni descrivono ciò che accade e perché accade quando il conducente premere il freno sulla ruota anteriore (e la ruota smette completamente di ruotare rispetto alla moto)?

  • La velocità angolare della moto rimane 0, poiché non viene applicato nessun momento meccanico.
  • La moto inizia a girare in senso orario per effetto della conservazione del momento angolare.
  • La moto inizia a girare in senso antiorario per effetto della conservazione del momento angolare.
  • La moto inizia a girare in senso orario per effetto della conservazione dell’energia.
  • La moto inizia a girare in senso antiorario per effetto della conservazione dell’energia. F) La moto cambia la sua velocità di traslazione orizzontale a causa della conservazione dell’energia.

Topic: Rotational Dynamics Metodi: Torque & Angular Momentum Analysis, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Wheel Fonte: Testo (PDF) — p.4

Come abbiamo imparato nel primo round, una persona di altezza ha solo bisogno di uno specchio di altezza per vedersi completamente. Come deve essere appeso lo specchio affinché possa effettivamente vedersi?

  • A. In modo che il bordo superiore dello specchio si trovi esattamente all’altezza della punta della testa.
  • B. In modo che il bordo superiore dello specchio si trovi all’incirca all’altezza della fronte della persona.
  • C. In modo tale che il centro dello specchio si trovi esattamente all’altezza .
  • D. Ciò dipende dalla distanza della persona dallo specchio.

Topic: Geometric Optics Metodi: Ray Tracing, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.4

Come abbiamo imparato nel primo round, una persona di altezza ha solo bisogno di uno specchio di altezza per vedersi completamente. Come deve essere appeso lo specchio affinché possa effettivamente vederlo?

  • In modo che il bordo superiore dello specchio si trovi esattamente tutta l’altezza della punta della testa.
  • In modo che il bordo superiore dello specchio si trovi in tutto il suo spettro.
  • **C ** In modo che il centro dello specchio si trovi esattamente tutta l’altezza .
  • D. Ciò dipende dalla distanza della persona dallo specchio.

Topic: Geometric Optics Metodi: Ray Tracing, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.4

Una sottile lente convessa è mostrata in figura. La distanza dell’oggetto dalla lente e della sua immagine dalla lente è contrassegnata rispettivamente da e . La lunghezza focale è indicata con . A quale distanza dalla lente deve essere posto un oggetto affinché l’immagine abbia esattamente le stesse dimensioni dall’altra parte della lente?

  • A.
  • B.
  • C. Non è possibile.
  • D.

disposizione lente sottile, oggetto e immagine

Topic: Geometric Optics Metodi: Thin Lens & Mirror Equation, Ray Tracing Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Lens Fonte: Testo (PDF) — p.5

Una lente sottile convece è mostrata in figura. La distanza dell’oggetto dalla lente e della sua immagine dalla lente è contrassegnata rispettivamente da e . La lunghezza focale è indicata con . Qual distanza dalla lente deve essere posta su un oggetto affinato all’immagine che abbia esattamente le stesse dimensioni dell’altra parte della lente?

  • A.
  • B.
  • C. Non è possibile.
  • D.

Disposizione lente sottile, oggetto e immagine

Topic: Geometric Optics Metodi: Thin Lens & Mirror Equation, Ray Tracing Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Lens Fonte: Testo (PDF) — p.5

Data una fenditura unidimensionale di larghezza , qual è la minima separazione angolare in arcosecondi tra due luci di lunghezza d’onda , in modo che possano essere risolte attraverso la fenditura?

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.

Topic: Wave Optics Metodi: Interference & Diffraction Analysis, Small-Angle Approximation Competenze: Mathematical Modeling, Unit Conversion Objects: Slit Fonte: Testo (PDF) — p.5

Dati di una fenditura unidimensionale di larghezza , quale è la minima separazione angolare in arcosecondi tra due luci di lunghezza d’onda , in modo da poter essere risolta attraverso la fenditura?

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.

Topic: Wave Optics Metodi: Interference & Diffraction Analysis, Small-Angle Approximation Competenze: Mathematical Modeling, Unit Conversion Objects: Slit Fonte: Testo (PDF) — p.5

È fisicamente possibile un motore termico che opera tra due serbatoi termici a temperature e con un’efficienza di ?

  • A. Sì, indipendentemente dal processo.
  • B. Sì, se il processo del motore è reversibile.
  • C. Sì, a seconda del processo esatto del motore.
  • D. No.

Topic: Thermodynamics Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects: Heat Engine Fonte: Testo (PDF) — p.5

È fisicamente possibile un motore termico che opera a causa di serbatoi termici a una temperatura e con un’efficienza di ?

  • A. Sì, indipendentemente dal processo.
  • B. Sì, se il processo del motore è reversibile.
  • C. Sì, a seconda del processo esatto del motore.
  • D. No.

Topic: Thermodynamics Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects: Heat Engine Fonte: Testo (PDF) — p.5

Alice usa un cubetto di ghiaccio per raffreddare il suo bicchiere d’acqua. Subito dopo aver aggiunto il cubetto di ghiaccio, l’altezza dell’acqua nel bicchiere è . Dopo un po’, il cubetto di ghiaccio si è completamente sciolto. Cosa si può dire dell’altezza dell’acqua a questo punto?

  • A.
  • B.
  • C.
  • D. Non vengono fornite informazioni sufficienti.

Topic: Fluid Mechanics, Thermodynamics Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.5

Alice usa un cubetto di ghiaccio per lotteria per il suo bicchiere d’acqua. Subito dopo aver aggiunto il cubetto di ghiaccio, l’altezza dell’acqua nel bicchiere è . Dopo un po’, il cubetto di ghiaccio è completamente sciolto. Cosa si può dire dell’altezza dell’acqua a questo punto?

  • A.
  • B.
  • C.
  • D. Non vengono fornite informazioni sufficienti.

Topic: Fluid Mechanics, Thermodynamics Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.5

Gli pneumatici svolgono un ruolo essenziale in Formula 1. La pressione degli pneumatici deve quindi essere ottimale. Vogliamo gonfiare uno pneumatico in modo da poter guidare a una pressione di , dove corrisponde approssimativamente a . Guidando, si raggiunge una temperatura del pneumatico di e la pressione del pneumatico di è prevista per questa temperatura. A quale pressione dobbiamo gonfiare lo pneumatico nella corsia dei box a una temperatura di ? Supponiamo che il volume sia costante.

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.
  • E. (F)

Topic: Thermodynamics, Kinetic Theory Metodi: Ideal Gas Law Competenze: Mathematical Modeling, Unit Conversion Objects: Gas Fonte: Testo (PDF) — p.5

Gli pneumatici svolgono un ruolo essenziale nella Formula 1. La pressione pneumatica deve quindi essere ottimale. Se si utilizza un pneumatico in modo da poter guidare una pressione di , la pressione di corrisponde approssimativamente a . In questo caso, se si raggiunge una temperatura pneumatica di e la pressione pneumatica di è prevista per questa temperatura. A quale pressione dobbiamo gonfiare il pneumatico nella corsica dei contenitori a una temperatura di ? Supponiamo che il volume sia costante.

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.
  • E. (F)

Topic: Thermodynamics, Kinetic Theory Metodi: Ideal Gas Law Competenze: Mathematical Modeling, Unit Conversion Objects: Gas Fonte: Testo (PDF) — p.5

Una candela accesa si trova in una bacinella riempita d’acqua fino a metà dell’altezza della candela. Albertina mette un bicchiere sopra la candela in modo che il bicchiere sia immerso nell’acqua. La candela si spegne. Cosa succede al livello dell’acqua all’interno del bicchiere?

  • A. Il livello dell’acqua si abbassa.
  • B. Il livello dell’acqua non cambia.
  • C. Il livello dell’acqua si alza o si abbassa a seconda dell’altitudine sopra il livello del mare.
  • D. Il livello dell’acqua sale.

Topic: Thermodynamics, Fluid Mechanics Metodi: Physical Modeling, First Law of Thermodynamics Competenze: Physical Reasoning Objects: Container, Gas Fonte: Testo (PDF) — p.5

Una candela accede si trova in una bacinella riempita d’acqua fino a metà dell’altezza della candela. Albertina mette un bicchiere sopra la candela in modo che il bicchiere sia immerso nell’acqua. La candela si spegne. Cosa succede al livello dell’acqua all’interno del bicchiere?

  • Il livello dell’acqua e dell’acqua.
  • ** B ** Il livello dell’acqua non cambia.
  • **C ** Il livello dell’acqua si alza o si abbassa a seconda dell’altitudine sopra il livello del mare.
  • D. Il livello dell’acqua.

Topic: Thermodynamics, Fluid Mechanics Metodi: Physical Modeling, First Law of Thermodynamics Competenze: Physical Reasoning Objects: Container, Gas Fonte: Testo (PDF) — p.5

Osservate il circuito in figura. Attraverso quali resistenze passa la corrente più piccola (il valore più basso di ampere) se tutte hanno la stessa resistenza ?

  • A. A ed E.
  • B. B e D.
  • C. Solo C.
  • D. Tutti sono attraversati dalla stessa corrente.

circuito con 5 resistenze A, B, C, D, E

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

Osservare il circuito in figura. Attraverso quali resistenze passa la corrente più piccola (il valore più basso di ampere) tutte hanno la stessa resistenza ?

  • A. A ed E.
  • B. B e D.
  • C. Solo C.
  • Tutti sono attraversati dalla stessa corrente.

*circuito con 5 resistenza A, B, C, D, E *

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

In quale situazione è maggiore il rischio di essere colpiti e feriti da un fulmine?

  • A. Salire le scale della Torre Eiffel.
  • B. Nascondersi nella foresta.
  • C. Guidare un’auto.
  • D. Volare sotto le nuvole in aereo.

Topic: Electrostatics Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Estimation & Approximation Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.6

In quale situazione è maggiore il rischio di essere colpito e ferito da un fulmine?

  • A Salire le scale della Torre Eiffel.
  • B. Nascondersi nella foresta.
  • C. Guidare un’auto.
  • D. Volare sotto le nuvole in aereo.

Topic: Electrostatics Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Estimation & Approximation Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.6

La velocità di fuga della Terra per una particella di massa e carica è circa . Quale sarebbe se la Terra avesse una carica totale di ? La massa della Terra è , il suo raggio è , la costante di Coulomb è e la costante gravitazionale è .

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.

Topic: Gravitation, Electrostatics Metodi: Energy Conservation Method, Coulomb’s Law, Newton’s Law of Gravitation Competenze: Mathematical Modeling Objects: Planet Fonte: Testo (PDF) — p.6

La velocità di fuga della Terra per una particella di massa e carica è circa . Come sarebbe se la Terra avesse una carica totale di ? La massa della Terra è , il suo raggio è , la costante di Coulomb è e la costante gravitazionale è .

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.

Topic: Gravitation, Electrostatics Metodi: Energy Conservation Method, Coulomb’s Law, Newton’s Law of Gravitation Competenze: Mathematical Modeling Objects: Planet Fonte: Testo (PDF) — p.6

Consideriamo due sfere, ciascuna con la stessa carica totale . Una sfera è uniformemente carica in tutto il suo volume, mentre l’altra è una sfera conduttrice con la carica distribuita solo sulla sua superficie. Le sfere possono avere raggi diversi. Determinare quale sfera produce un campo elettrico più forte a una distanza dal centro della sfera, dove (il raggio della sfera).

  • A. La sfera conduttrice produrrà un campo elettrico più forte.
  • B. La sfera con carica uniforme produrrà un campo elettrico più forte.
  • C. La sfera con il raggio maggiore produrrà un campo elettrico più forte.
  • D. La sfera con il raggio più piccolo produrrà un campo elettrico più forte.
  • E. Il campo elettrico sarà lo stesso per entrambe le sfere.

Topic: Electrostatics Metodi: Gauss’s Law, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Sphere, Conducting Sphere Fonte: Testo (PDF) — p.6

Considerate due sfere, ciascuna con la stessa carica totale . Una sfera è uniformemente carica in tutto il suo volume, mentre l’altra è una sfera conduttrice con la carica distribuita solo sulla sua superficie. Le sfere possono avere raggi diversi. Determinare quale sfera produce un campo elettrico più forte a una distanza dal centro della sfera, dove (il raggio della sfera).

  • A. La sfera conduttrice produrrà un campo elettrico più forte.
  • B. La sfera con carica uniforme produrrà un campo elettrico più forte.
  • C. La sfera con il raggio maggiore produrrà un campo elettrico più forte.
  • D. La sfera con il raggio più piccolo produrrà un campo elettrico più forte.
  • E. Il campo elettrico sarà lo stesso per entrambe le sfere.

Topic: Electrostatics Metodi: Gauss’s Law, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Sphere, Conducting Sphere Fonte: Testo (PDF) — p.6

La chef Clara vuole riscaldare il cibo il più rapidamente possibile. Decide di utilizzare il suo piano cottura a induzione, che genera un campo magnetico mutevole per indurre correnti nelle pentole di metallo. Cosa le consigliereste?

  • A. Posizionare la pentola leggermente decentrata sul piano di cottura a induzione.
  • B. Utilizzare una pentola in materiale non conduttivo come il vetro.
  • C. Utilizzare una pentola in materiale altamente conduttivo, come il rame.
  • D. L’utilizzo di una pentola più piccola che copre meno il campo magnetico del piano di cottura.

Topic: Electromagnetic Induction Metodi: Faraday’s Law of Induction, Lenz’s Law Competenze: Physical Reasoning Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.7

La chef Clara vuole riscaldare il cibo il più rapidamente possibile. Decidere di utilizzare il suo pianoforte per la sua incisione a induzione, che genera un campo magnetico mutevole per indurre correnti nei pannelli di metallo. Cosa è il consigliere?

  • Posizioni della pianta leggermente decentrata sul piano di cuotazione a induzione.
  • B. Utilizzare una penna in materiali non conduttivi come il vetro.
  • C. Utilizzare una piastra in materiale altamente conduttivo, come il rame.
  • L’uso di una pianta più piccola che copre meno il campo magnetico del pianoforte di cottura.

Topic: Electromagnetic Induction Metodi: Faraday’s Law of Induction, Lenz’s Law Competenze: Physical Reasoning Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.7

È noto che è possibile rompere un bicchiere di vino con il giusto suono. Cosa succede al suono necessario per rompere il bicchiere se lo riempiamo parzialmente d’acqua?

  • A. La frequenza aumenta.
  • B. La frequenza diminuisce.
  • C. Cambia solo l’intensità necessaria.
  • D. Non cambia nulla.

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.7

Non è possibile rompere un bicchiere di vino con il giusto suono. Cosa succede al suono necessario per rompere il bicchiere se lo riempiamo parzialmente d’acqua?

  • La frequenza aumenta.
  • La frequenza diminuisce.
  • C. Cambia solo l’intensità necessaria.
  • Non cambia nulla.

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects:Fonte: Testo (PDF) — p.7

L’immagine mostra un’onda stazionaria su una corda tra due pareti al tempo . La corda vibra a una frequenza di . Quale delle seguenti immagini mostra lo stato della corda al tempo ?

  • A. [opzione A]
  • B. [opzione B]
  • C. [opzione C]
  • D. [opzione D]

onda stazionaria iniziale e opzioni A-D

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Wave Equation, Simple Harmonic Motion Analysis Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: String Fonte: Testo (PDF) — p.7

L’immagine mostra un’onda stazionaria su una corda tras su due pareti al tempo . La corda vibra a una frequenza di . Quale delle seguenti immagini mostra lo stato della corda al tempo ?

  • A. [opzione A]
  • B. [opzione B]
  • C. [opzione C]
  • D. [opzione D]

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Wave Equation, Simple Harmonic Motion Analysis Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: String Fonte: Testo (PDF) — p.7

Problema lungo 2.1: Ascensore per barche Strépy-Thieu (16 punti)

L’ascensore per barche di Strépy-Thieu è un’infrastruttura navale progettata per collegare due canali in Belgio. È costituita da due cassoni contrappesati indipendenti, ciascuno dei quali può ospitare una grande chiatta da 1350 tonnellate. Un cassone ha dimensioni interne di e una profondità d’acqua di . È sospeso da 112 cavi di sospensione e 32 cavi di controllo.

Parte A. Statica (5.5 punti)

i. (1 pt) Qual è la massa totale dell’acqua all’interno del cassone in assenza di imbarcazioni?

ii. (1 pt) Sapendo che un cassone vuoto pesa e che i contrappesi corrispondono esattamente alla massa totale del cassone pieno, calcolare la tensione in ciascuno dei cavi (= forza applicata da ciascuno dei cavi). Si può supporre che tutti i cavi abbiano la stessa tensione.

iii. (1.5 pt) L’ascensore è progettato per trasportare imbarcazioni fino a . Calcolate il volume d’acqua che lascia il cassone quando una barca di questo tipo vi entra. Spiegate il vostro risultato. Si supponga che il livello dell’acqua rimanga costante.

iv. (2 pt) Il cassone ha una porta su ogni lato corto, che copre l’intera sezione trasversale dell’acqua. Calcolare la forza con cui l’acqua spinge su ciascuna porta.

Parte B. Dinamica (7 punti)

i. (1 pt) I cavi di controllo possono sopportare una tensione massima di . Calcolare l’accelerazione massima possibile prima che i cavi si rompano.

ii. (1 pt) Descrivete la variazione della forza normale (del cavo sul cilindro) causata da una piccola variazione dell’angolo percorso dal cavo. Si supponga che vi sia una tensione sul cavo e si utilizzino le opportune semplificazioni.

iii. (3 pt) Utilizzando il risultato precedente, in che modo la variazione della tensione per un piccolo angolo dipende dalla tensione e dall’attrito? Indicare cosa deve essere quando . Questa è ora un’equazione differenziale. Non è necessario risolverla.

iv. (2 pt) Calcolare il numero minimo di giri necessari per ogni cavo di controllo per poter raggiungere l’accelerazione massima senza che il cavo scivoli. Il coefficiente di attrito di acciaio su acciaio è . L’effetto dell’attrito su un cavo avvolto intorno a un cilindro è dato da:

Parte C. Energetica (3.5 punti)

L’ascensore ha una velocità massima di e un’altezza di . È alimentato da motori elettrici, che possono essere utilizzati anche come generatori per rallentare la velocità. L’efficienza di questi motori è minore quando vengono usati come generatori: Per questa parte si può trascurare la dissipazione di energia dovuta all’attrito.

i. (1 pt) Calcolare l’energia totale effettivamente necessaria per una salita del cassone.

ii. (1 pt) Quale massa d’acqua potremmo portare a ebollizione con questa energia? L’acqua parte da e ha una capacità termica specifica di .

iii. (1.5 pt) Calcolare la potenza media necessaria durante la fase di accelerazione. Si può ipotizzare che la variazione di accelerazione sia istantanea e che si utilizzi solo la metà dell’accelerazione massima per mantenere un margine di sicurezza.

vista schematica cassone con contrappesi e cavi

Topic: Fluid Mechanics, Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Free-Body Diagram, Energy Conservation Method, Newton’s Law of Gravitation, Differential Equations Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Container, String, Cylinder Fonte: Testo (PDF) — p.12

Problema lungo 2.1: Ascensore per barche Strépy-Thieu (16 punti)

L’ascensore per barca di Strépy-Thieu è un progetto di infrastrutture navali per collegare due canali in Belgio. È costituita da due casse contrappesi indipendenti, una delle quali può ospitare una grande quantità di 1350 tonnellate. Un cassone ha dimensioni interne di e una profondità d’acqua di . È sospeso da 112 cavi di sospensione e 32 cavi di controllo.

** Parte A. Statica (5,5 punti) **

i. (1 p) Qual è la massa totale dell’acqua all’interno del cassone in assenza di imbarcazioni?

ii. (1 p) Sapendo che una cassa vuota di moneta corrisponde esattamente alla massa totale della cassa piena, calcolare la tensione in ciascuno dei cavi (= forza applicata da ciascuno dei cavi). Si può supporre che tutti abbiano la stessa tensione.

iii. (1.5 p) L’ascensore è progettato per trasportare imbarcazioni fino a un . Calcolare il volume di acqua che lascia la cassetta quando una barca di questo tipo entra. Spiegate il vostro risultato. Si suppone che il livello dell’acqua rimanga costante.

iv. (2 p) La cassone ha una porta su ogni lato corto, che copre l’intera sezione trasversale dell’acqua. Calcolare la forza con cui l’acqua gira su ciascuna porta.

**Parte B. Dinamica (7 punti) **

i. (1 p) I cavi di controllo possono sopportare una tensione massima di . Calcolare la massima accelerazione possibile prima che si rompa il sistema.

ii. (1 pt) Descrivete la variazione della forza normale (del cavo sul cilindro) causata da una piccola variazione dell’angolo percorso dal cavo. Si supponga che vi sia una tensione sul cavo e si utilizzino le opportune semplificazioni.

iii. (3 pt) Utilizzando il risultato precedente, in che modo la variazione della tensione per un piccolo angolo dipende dalla tensione e dall’attrito? L’indicazione deve essere quando . Questa è ora un’equazione differenziale. Non è necessario risolverla.

iv. (2 p) Calcolare il numero minimo di giri necessari per ogni cavo di controllo per poter raggiungere l’accelerazione massima senza il cavo di scivoli. Il coefficiente di attrito delle azioni è . L’effetto dell’attrito è un cavo che si avvolge attorno a un cilindro dato da:

** Parte C. Energetica (3,5 punti) **

L’ascensore ha una velocità massima di e un’altezza di . È alimentato da motori elettrici, che possono essere utilizzati anche come generatori per rallentare la velocità. L’efficienza di questi motori è minore quando vengono utilizzati come generatori: Per questo si può trascurare la dissipazione dell’energia dovuta a tutto il disastro.

i. (1 p) Calcolare l’energia totale effettivamente necessaria per una salita del cassone.

ii. 1 p) Come possiamo portare un’abollizione con questa energia? L’acqua parte di ha una capacità termica specifica di .

iii. (1.5 p) Calcolare la potenza media necessaria durante la fase di accelerazione. Si può ipotizzare che la variazione dell’accelerazione sia istantanea e che si utilizzi solo la metà dell’accelerazione massima per mantenere un margine di sicurezza.

vista schematica cassone con contrappesi e cavi

Topic: Fluid Mechanics, Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Free-Body Diagram, Energy Conservation Method, Newton’s Law of Gravitation, Differential Equations Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Container, String, Cylinder Fonte: Testo (PDF) — p.12

Problema lungo 2.2: Cristalli liquidi (16 punti)

Alcuni finestrini degli aerei possono regolare la loro trasparenza grazie alla tecnologia a cristalli liquidi, che controlla la quantità di luce che passa. Se la luce di intensità attraversa un polarizzatore lineare, l’intensità della luce trasmessa è generalmente data da: dove è l’angolo tra la direzione di polarizzazione della luce in ingresso e l’asse di trasmissione del secondo polarizzatore.

Parte A. Schizzo del sistema (4 punti)

In primo luogo, la luce passa attraverso un polarizzatore lineare statico. Poi, la luce passa attraverso uno strato di cristalli liquidi che cambia la polarizzazione della luce di un angolo , a seconda del campo elettrico applicato. Allo stato di riposo (senza campo), il cristallo liquido ruota la polarizzazione di un angolo . Quando viene applicato un campo elettrico, l’angolo di rotazione diminuisce. Infine, la luce passa attraverso un secondo polarizzatore lineare posto a una distanza e allineato a un angolo rispetto al primo.

i. (2 pt) Disegnare il sistema, segna la distanza tra i filtri e indica l’intensità in ogni fase.

ii. (1 pt) Descrivete con parole vostre lo stato di polarizzazione della luce in arrivo.

iii. (1 pt) Descrivete con parole vostre lo stato di polarizzazione della luce in uscita.

Parte B. Comportamento del condensatore (3 punti)

Lo strato di cristallo liquido ha uno spessore di e una tensione massima applicata di . La permittività relativa del cristallo liquido è .

i. (2 pt) Calcolare l’intensità del campo elettrico applicato tra i due polarizzatori attraverso lo strato di cristalli liquidi quando viene applicata la tensione massima.

ii. (1 pt) Determinare la capacità di un’area dello strato di cristalli liquidi.

Parte C. Regolazione dell’intensità (6 punti)

In questo sistema, l’angolo è determinato dalla variazione di polarizzazione dovuta al cristallo liquido () e dall’orientamento del secondo polarizzatore. Si ha: dove il cambiamento di polarizzazione causato dal cristallo liquido dipende dalla tensione applicata ed è approssimato da: dove elimina completamente la rotazione della polarizzazione.

i. (2 pt) Qual è l’intensità della luce dopo il primo polarizzatore lineare rispetto all’intensità della luce in ingresso ?

ii. (1 pt) Si vuole avere una finestra con la massima trasparenza. Se siete liberi di scegliere il valore di , a quale valore lo imposterete?

iii. (3 pt) Calcolare la tensione che deve essere applicata per ridurre l’intensità della luce trasmessa di rispetto alla luce in entrata.

Parte D. Schermi della calcolatrice (3 punti)

La stessa tecnologia è utilizzata nei display di molte calcolatrici. L’unica differenza concettuale è che uno specchio è posizionato su un lato del sistema. La luce attraversa quindi il sistema due volte.

i. (2 pt) In questo caso, quale tensione deve essere applicata per ridurre l’intensità di rispetto alla luce in ingresso?

ii. (1 pt) Qual è il valore della frazione ?

schema sistema con polarizzatori e cristallo liquido

circuito condensatore cristallo liquido

Topic: Wave Optics, Electrostatics, Circuits Metodi: Electric Potential Method, Superposition Principle, Calculus-Integration Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Capacitor, Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.14

Problema lungo 2.2: Cristalli liquidi (16 punti)

Alcuni finestrini degli aerei possono regolare la loro trasparenza grazie alla tecnologia di cristalli liquidi, che controlla la quantità di luce che passa. Se la luce di intensità attraversa un polarizzatore lineare, l’intensità della luce trasmessa è generalmente data da: dove è l’angolo tra la direzione di polarizzazione della luce in ingresso e l’asse di trasmissione del secondo polarizzatore.

** Parte A. Schizzo del sistema (4 punti) **

In primo luogo, la luce passa attraverso un polarizzatore lineare statico. Poi, la luce passa attraverso uno strato di cristalli liquidi che cambia la polarizzazione della luce di un angolo , a seconda del campo elettrico applicato. Allo stato di riposo (senza campo), il cristallo liquido ruota la polarizzazione di un angolo . Quando viene applicato un campo elettrico, l’angolo di rotazione diminuisce. Infine, la luce passa attraverso un secondo polarizzatore lineare posto a una distanza e allineato a un angolo rispetto al primo.

i. (2 p) Disegnare il sistema, segnalare la distanza tra il filtro e indicare l’intensità in ogni fase.

ii. Descrivi con parole il vostro stato di polarizzazione della luce in arrivo.

iii. Descrivi con parole il vostro stato di polarizzazione della luce in uscita.

**Parte B. Comportamento del condensatore (3 punti) **

Lo strato di cristallo liquido ha una spessore di e una tensione massima applicata di . La permistività relativa del cristallo liquido è .

i. (2 pt) Calcolare l’intensità del campo elettrico applicato tra i due polarizzatori attraverso lo strato di cristalli liquidi quando viene applicata la tensione massima.

ii. (1 p) Determinazione della capacità di un’area dello strato di cristalli liquidi.

** Parte C. Regolazione dell’intensità (6 punti) **

In questo sistema, l’angolo è determinato dalla variazione di polarizzazione dovuta al cristallo liquido () e dall’orientamento del secondo polarizzatore. Si ha: dove il cambiamento di polarizzazione causato dal cristallo liquido dipende dalla tensione applicata ed è approssimato da: dove elimina completamente la rotazione della polarizzazione.

i. (2 p) Qual è l’intensità della luce dopo il primo polarizzatore lineare rispetto a tutta l’intensità della luce in ingresso ?

ii. (1 p) Se vuole avere una finestra con la massima trasparenza. Se siete liberi di scegliere il valore di , quale valore impostare?

iii. (3 p) Calcolare la tensione che deve essere applicata per ridurre l’intensità della luce trasmessa di rispetto alla luce in entrata.

** Parte D. Schermi della calcolatrice (3 punti) **

La stessa tecnologia è utilizzata nel display di molte calcolatrici. L’unica differenza concettuale è che uno specchio è posizionato su un lato del sistema. La luce attraversa quindi il sistema due volte.

i. (2 p) In questo caso, quale tensione deve essere applicata per ridurre l’intensità di rispetto alla luce in ingresso?

ii. (1 p) Qual è il valore della frazione ?

  • schema sistema con polarizzatori e cristallo liquido *

circuito condensatore cristallo liquido

Topic: Wave Optics, Electrostatics, Circuits Metodi: Electric Potential Method, Superposition Principle, Calculus-Integration Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Capacitor, Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.14

Problema lungo 2.3: Voltmetro (16 punti)

Il voltmetro è un dispositivo utilizzato per misurare le tensioni in un circuito elettrico.

Parte A. Calcolo delle tensioni (4.5 punti)

Consideriamo il circuito di Fig. A.1. Applichiamo una tensione e conosciamo i valori delle resistenze (, e ).

i. (2 pt) Calcolare le tensioni , e attraverso le rispettive resistenze , e .

ii. (1 pt) Esaminiamo ora il circuito di Fig. A.2 con e in serie. Calcolare la tensione attraverso il resistore per le due diverse disposizioni di prova A e B:

  • e
  • e

iii. (1.5 pt) Cosa si nota nella tensione calcolata in entrambe le disposizioni di prova A e B? Spiegate matematicamente il perché di questa situazione.

Parte B. Resistenza interna di un voltmetro (6 punti)

In questo sottocompito, esaminiamo il circuito di Fig. A.2 e calcoliamo la resistenza interna del voltmetro.

i. (2 pt) Disegnate uno diagramma di come collegare un voltmetro al circuito di Fig. A.2 per misurare la tensione attraverso . Spiegate la vostra scelta.

ii. (3 pt) In un esperimento, abbiamo ricreato entrambe le disposizioni di prova e misurato la tensione attraverso con lo stesso voltmetro. Abbiamo ottenuto i seguenti valori:

  • A)
  • B)

Calcolare la resistenza interna del voltmetro.

iii. (1 pt) Quale deve essere la relazione (qualitativa) fra e quella che si vuole misurare per ottenere misure precise?

Parte C. Elettroscopio (5.5 punti)

Un voltmetro analogico può essere rappresentato con un elettroscopio. L’elettroscopio è costituito da due piastre attraverso le quali si crea un campo quando viene applicata una tensione. Un puntatore conduttivo è attaccato a una delle piastre e può ruotare liberamente. Si assume che il campo tra le due piastre sia omogeneo. Le piastre hanno area e hanno rispettivamente carica positiva e carica negativa . Il puntatore ha una piccola carica positiva e massa (entrambe concentrate sulla punta).

i. (0.5 pt) Spiegate perché il puntatore si muove.

ii. (1 pt) Quale condizione deve essere soddisfatta se il puntatore non si muove più in direzione tangenziale? Descrivetela con l’aiuto di uno schema.

iii. (2 pt) Dalla condizione di equilibrio per la direzione tangenziale, calcolare l’angolo di deviazione in funzione delle forze presenti.

iv. (1.5 pt) Calcolare la forza elettrica sulla punta in funzione delle cariche sulla piastra, della carica sulla punta e dell’area della piastra.

v. (0.5 pt) Calcolare ora l’angolo di deviazione per i seguenti valori:

circuito con V0, R1, R2, R3

diagramma elettroscopio con puntatore e piastre

Topic: Circuits, Electrostatics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction, Coulomb’s Law, Gauss’s Law Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Resistor, Galvanometer, Capacitor Fonte: Testo (PDF) — p.15

Problema lungo 2.3: Voltmetro (16 punti)

Il voltometro è un dispositivo utilizzato per misurare la tensione in un circuito elettrico.

** Parte A. Calcolo delle tensioni (4,5 punti) **

Considerando il circuito di Fig. A.1. Applicando una tensione e conoscendo i valori delle resistenze (, e ).

i. (2 p) Calcolare la tensione , e attraverso la rispettiva resistenza , e .

ii. (1 p) Esaminato nel circuito di Fig. A.2 con e in serie. Calcolare la tensione attraverso la resistenza per le due disposizioni di prova A e B:

  • e
  • e

iii. (1.5 p) Cosa si nota nella tensione calcolata all’interno delle disposizioni di prova A e B? Spiega matematicamente il motivo di questa situazione.

**Parte B. Resistenza interna di un voltmetro (6 punti) **

In questo sottocomito, esaminiamo il circuito di Fig. A.2 e calcoliamo la resistenza interna del voltometro.

i. (2 p) Disegnare uno schema di un voltometro al circuito di Fig. A.2 per misurazione della tensione attraverso . Spiegate la vostra scelta.

ii. (3 p) In un esperimento, abbiamo ricreato le disposizioni di prova e misurazione della tensione attraverso con lo stesso voltmetro. Abbiamo ottenuto i seguenti valori:

  • A)
  • B)

Calcolare la resistenza interna del voltmetro.

iii. (1 pt) Quale deve essere la relazione (qualitativa) fra e quella che si vuole misurare per ottenere misure precise?

** Parte C. Elettroscopio (5,5 punti) **

Un voltometro analogo può essere rappresentato con un eletttroscopio. L’elettroscopio è costituito da due piastrini attraverso la qualita’ che crea un campo quando viene applicata una tensione. Un puntatore conduttivo è attaccato a una delle piastre e può ruotare liberamente. Si presume che il campo traccia il dovuto piastre è omogeneo. Le piastre hanno una superficie e rispettivamente una carica positiva e una carica negativa . Il puntatore ha una piccola carica positiva e massa (concentrato sul punta).

i. (0,5 p) Spiegate perché il puntatore si muove.

ii. 1 p. Quale condizione deve essere soddisfatta se il puntatore non si muove più in direzione tangenziale? Descrivi con l’aiuto di uno schema.

iii. (2 p) Dalla condizione di equilibrio per la direzione tangenziale, calcolare l’angolo di deviazione in funzione delle forze presenti.

iv. Calcolare la forza elettrica sulla punta in funzione delle cariche sulla piastra, della carica sulla punta e dell’area della piastra.

v. (0,5 p) Calcolare l’angolo di deviazione per i seguenti valori:

*circuito con V0, R1, R2, R3 *

*diagramma eletttroscopio con puntatore e piastre *

Topic: Circuits, Electrostatics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction, Coulomb’s Law, Gauss’s Law Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Resistor, Galvanometer, Capacitor Fonte: Testo (PDF) — p.15