Università degli Studi di Udine – Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura – Anno Accademico 2003-04

IIa prova di FISICA – 28.11.2003

 

Rispondere alle domande e risolvere gli esercizi (indicando schematicamente il ragionamento e le leggi utilizzate) negli appositi spazi liberi.

 

1 – Scrivere l’espressione che descrive, nel moto armonico semplice, la posizione x(t) di una particella in funzione del tempo, specificando il significato delle costanti introdotte.

 

2 – Esercizio

            Su una superficie orizzontale priva di attrito oscilla una massa m = 0.5 kg collegata ad una molla di costante elastica k = 20 N/m. Se la massima ampiezza dell’oscillazione è 3 cm, calcolare:

a)      il periodo T;

b)      l’energia totale del sistema;

c)      la velocità massima;

d)      la velocità della massa quando passa per x = 2 cm.

 

Soluzione: a) T = 0.99 s; b) E = ½ k xm2 = 0.009 J; c) |vm| = wxm = 0.19 m/s;

d) dalla conservazione dell’energia meccanica: E = ½ m v2 + ½ k x2 è v = 0.14 m/s.

 

 

3 – Scrivere la funzione d’onda di un’onda trasversale sinusoidale che si propaga nella direzione positiva dell’asse x, specificando il significato di tutte le costanti.

 

 

4 – Dire da cosa dipende l’intensità di un suono, e definire la scala dei decibel del livello sonoro.

 

5 – Definire la scala assoluta della temperatura.

 

6 – Esercizio

            Due stanze sono separate da una parete quadrata di mattoni di lato 4 m e spessore 12 cm. In una stanza, a causa di un certo numero di lampade da 100 W, l’aria è a 30oC, mentre nell’altra è a 10oC. Quante lampade da 100 W occorrono per mantenere la differenza di temperatura attraverso il muro, se il 90% dell’energia emessa viene convertita in calore?

(Si assuma la conducibilità termica dei mattoni k = 0.84 W/(mK)).

 

Soluzione: no P = (k A DT)/l è no = 25, dove P = potenza convertita in calore da una lampadina, A = area della parete, l = spessore della parete, DT = differenza di temperatura.

 

7 – Esprimere la II legge della termodinamica definendo e utilizzando la funzione entropia.

 

8 – Esercizio

            Un gas ideale è lentamente compresso a una pressione costante di 2 atm dal volume VA = 10 litri al volume VB = 2 litri. A questo punto viene fornito calore al gas, mantenendo il volume costante, finchè la temperatura non raggiunge il suo valore originario.  Disegnare il processo in un diagramma pV e calcolare (1 atm = 105 N/m2) :

a)      il lavoro totale compiuto dal gas;

b)      il calore totale assorbito dal gas.

 

Soluzione: a) Ltot = LAB = pA(VB – VA) = - 1600 J   b) Q = L , infatti DEint = 0 poichè TB=TA.

 

9 – Definire il rendimento di una macchina termica e ricavare l’espressione del rendimento di una macchina di Carnot che lavora fra le temperature T1 e T2 (con T1> T2).

 

10 – Esercizio

            Si supponga di utilizzare per il riscaldamento di una casa una macchina di Carnot funzionante in senso inverso come pompa di calore per estrarre calore dall’aria esterna e immetterlo all’interno. Se la temperatura esterna è – 10oC e la temperatura interna è 20oC, determinare il lavoro che si deve compiere per trasferire la quantità di calore Q2 =1 kcal  dall’esterno all’interno.

 

Soluzione:  rendimento ηc = 1 – T2/T1 = 0.10 = |L|/|Q1| = 1 - |Q2|/|Q1| è |Q1| = |Q2| T1/T2

è L = |Q1| ηC = 460 J