6 esempi di domande sull'energia meccanica
Teorema lavoro-energia meccanica
1. Osserva l' immagine seguente dello spostamento del blocco! Supponiamo g = 10 m/ s² . Se il coefficiente di attrito cinetico tra il blocco e il pavimento è μk = 0,5, allora 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 noto che :
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 (v 1 ) = 5 m/s
Velocità finale (v 2 ) = 0 m/s
Domanda : spostamento dell'oggetto/degli oggetti?
Risposta :
Il teorema dell'energia meccanica 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 (EM₂ ) – energia meccanica iniziale (EM₁ ) . L'attrito cinetico è una forza non conservativa e l'unica forza non conservativa che agisce sul blocco è la forza di attrito cinetico.
W = Δ EM
f k s = EM 2 – EM 1
Lavoro svolto dall'attrito cinetico:
W = f k s = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Variazioni dell'energia meccanica:
Δ EM = EM 2 – EM 1 = (EK + EP) 2 – (EK + EP) 1
Un oggetto si muove su una superficie piana e non subisce variazioni di altezza ( Δh = 0), quindi non si verifica alcuna variazione di energia potenziale gravitazionale ( ΔEP = EP2 – EP1 = 0). Pertanto, le variazioni di energia meccanica implicano solo variazioni di energia cinetica.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
Δ EM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
Lo spostamento del blocco è:
W = Δ EM
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 mv 2
B. mv 2
C. 3/4 mv 2
D. 1/2 mv 2
E. 1/4 mv 2
Discussione
La velocità finale dell'oggetto B che cade liberamente da un'altezza di 2h è:
v 2 = 2 g (2h) = 4 gh
L'energia cinetica dell'oggetto B è:
EK B = ½ mv 2 = 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 mv 2.
Poiché mgh = ½ mv² possiamo sostituire mgh nell'equazione 1 con ½ mv².
Energia cinetica dell'oggetto B = 2 mgh = 2(½ mv 2 ) = mv 2
La risposta corretta è B.
3. Guarda 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 v 2 = (10)(20-15)
½ v 2 = (10)(5)
½ v 2 = 50
v 2 = (2)(50)
v 2 = 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.
EM o = EM t
50 m = 1/2 mv²
50 = 1/2 v 2
2 (50) = v 2
100 = v 2
v = 10 m/s
La risposta corretta è C.
5. Un blocco di massa m kg viene rilasciato da un'altezza di 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:
EP M = mg (0,3 h)
Energia cinetica nel punto M = riduzione dell'energia potenziale gravitazionale di h-0,3h = 0,7 h
EK M = EP = mg (0,7 h)
Il rapporto tra energia potenziale gravitazionale ed energia cinetica nel punto M è:
EP M : EK M
mg (0,3 h) : mg (0,7 h)
0,3: 0,7
3: 7
La risposta corretta è E.
6. Osserva l'immagine dell'oggetto A che cade liberamente dal punto P qui sotto!
Se EP Q ed EK Q sono rispettivamente l'energia potenziale e l'energia cinetica nel punto Q (g = 10 m/s² ) , allora EP Q : EK Q è….
A. 16 : 9
B. 9 : 16
C. 3 : 2
D. 2 : 3
E. 2 : 1
Discussione
Energia potenziale gravitazionale nel punto Q:
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Energia cinetica nel punto Q = riduzione dell'energia potenziale gravitazionale di 5-1,8 = 3,2 metri
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
Il rapporto tra energia potenziale gravitazionale ed energia cinetica nel punto Q è:
EP Q : EK Q
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.
