6 esempi di domande sull'energia meccanica
Teorema lavoro-energia meccanica
1. Presta attenzione all'immagine perpindahan blocco come segue! Si assuma g = 10 m/s2. Se il coefficiente di attrito cinetico tra il blocco e il pavimento μk = 0,5, quindi il valore dello spostamento dell'oggetto (s) è ….
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
E. 2,00 m
Discussione
È conosciuto :
Coefficiente di attrito cinetico (μk) = 0,5
Massa del blocco (m) = 4 kg
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/s2
Peso del blocco (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Se il blocco si trova su una superficie piana, la forza normale (N) = peso (w) = 40 Newton.
Velocità iniziale (v1) = 5 m/s
Velocità finale (v2) = 0 m/s
Chiesto : spostamento dell'oggetto/degli oggetti?
Jawab :
Il teorema dell'energia meccanica e del lavoro afferma che il lavoro (W) compiuto da una forza non conservativa è uguale alla variazione dell'energia meccanica dell'oggetto, ovvero all'energia meccanica finale (EM).2) – energia meccanica iniziale (EM)1L'attrito cinetico è una forza non conservativa e l'unica forza non conservativa che agisce sul blocco è l'attrito cinetico.
W= ΔEM
fk s = EM2 – EM1
Lavoro svolto dall'attrito cinetico:
W = fk s = (μk)(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Variazioni dell'energia meccanica:
ΔEM = EM2 – EM1 = (EK + EP)2 – (EK + EP)1
Gli oggetti si muovono su una superficie piana e non subiscono variazioni di altezza (Δh = 0) quindi non c'è alcun cambiamento nell'energia potenziale gravitazionale (ΔEP = EP2 – PE1 = 0). Quindi la variazione di energia meccanica comporta solo la variazione di energia cinetica.
ΔEM = EK2 – EK1 = ½ mv22 – ½ mv12 = ½ m (v22 - v12)
ΔEM = ½ (4)(02 - 52) = (2)(25) = 50
Lo spostamento del blocco è:
W= ΔEM
20 s = 50
s = 50 / 20 = 2,5 metri
La risposta corretta è D.
Legge di conservazione dell'energia meccanica
2. Gli oggetti A e B hanno la stessa massa. L'oggetto A cade da un'altezza di h metri e l'oggetto B cade da 2h metri. Se A colpisce il suolo con una velocità di vm/s, allora l'oggetto B colpirà il suolo con un'energia cinetica di...
A. 2 mv2
B. mv2
C. 3/4 mv2
D. 1/2 mv2
E. 1/4 mv2
Discussione
La velocità finale dell'oggetto B che cade liberamente da un'altezza di 2h è:
v2 = 2 g (2h) = 4 gh
L'energia cinetica dell'oggetto B è:
EKB = ½ mv2 = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Equazione 1
L'energia meccanica iniziale dell'oggetto B è l'energia potenziale gravitazionale = mg h. L'energia meccanica finale dell'oggetto B è l'energia cinetica = ½ mv2.
Legge di conservazione dell'energia meccanica :
mgh = ½ mv2.
perché mgh = ½ mv2 quindi possiamo sostituire mgh nell'equazione 1 con ½ mv2.
Energia cinetica dell'oggetto B = 2 mgh = 2(½ mv2) = mv2
La risposta corretta è B.
3. Osserva l'immagine qui sotto! Un oggetto cade liberamente da un'altezza di 20 m. Se l'accelerazione di gravità è di 10 m/s², qual è la velocità dell'oggetto quando si trova a 15 m dal suolo?
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Discussione
Energia meccanica finale = energia meccanica iniziale
L'energia cinetica dell'oggetto nel punto 2 = riduzione dell'energia potenziale gravitazionale di 5 metri
½ mv2 = mgh
½ v2 = (10)(20-15)
½ v2 = (10)(5)
½ v2 = 50
v2 = (2)(50)
v2 = 100
v = 10 m/s
La risposta corretta è C.
4. Un blocco è tenuto in cima a un piano inclinato come mostrato in figura. Quando viene rilasciato, il blocco scivola senza attrito lungo il piano inclinato. La velocità del blocco quando raggiunge la base del piano inclinato è…
B. 8 ms-1
C. 10 ms-1
D. 12 ms-1
E. 16 ms-1
Discussione
Energia meccanica iniziale = energia potenziale gravitazionale = mgh = m (10)(5) = 50 m
Energia meccanica finale = energia cinetica = 1/2 mv2
La legge di conservazione dell'energia meccanica afferma che l'energia meccanica iniziale è uguale all'energia meccanica finale.
EMo = EMt
50 m = 1/2 mv2
50 = 1/2 v2
100 = v2
v = 10 m/s
La risposta corretta è C.
5. Un blocco di massa m kg viene lasciato cadere da un'altezza h metri dal suolo, come mostrato in figura. Il rapporto tra energia potenziale (EP) ed energia cinetica (EK) quando si trova nel punto M è….
A. 1 : 3 
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 2 : 5
E. 3 : 7
Discussione
Energia potenziale gravitazionale nel punto M:
EPM = mg (0,3 h)
Energia cinetica nel punto M = riduzione dell'energia potenziale gravitazionale di h-0,3h = 0,7 h
EKM = EP = mg (0,7 h)
Il rapporto tra energia potenziale gravitazionale ed energia cinetica nel punto M è:
EPM : EKM
mg (0,3 h) : mg (0,7 h)
0,3: 0,7
3: 7
La risposta corretta è E.
6. Osservate l'immagine qui sotto dell'oggetto A che cade liberamente dal punto P!
Se EPQ e EKQ ciascuna è l'energia potenziale e l'energia cinetica nel punto Q (g = 10 m/s2), quindi EPQ : EKQ È….
A. 16 : 9
B. 9 : 16
C. 3 : 2
D. 2 : 3
E. 2 : 1
Discussione
Energia potenziale gravitazionale nel punto Q:
EPQ = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Energia cinetica nel punto Q = riduzione dell'energia potenziale gravitazionale di 5-1,8 = 3,2 metri
EKQ = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
Il rapporto tra energia potenziale gravitazionale ed energia cinetica nel punto Q è:
EPQ : EKQ
18 m : 32 m
18: 32
9: 16
Fonte della domanda:
Domande di fisica per l'esame nazionale di fisica per la scuola superiore/istituto professionale.
