9 esercizi sulle forze apparenti (con soluzioni)

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In questa pagina troverete una raccolta di esercizi sulle forze apparenti, completa di soluzioni. Le forze apparenti sono forze che non derivano da interazioni fisiche dirette ma emergono quando si analizza il moto in sistemi di riferimento non inerziali, cioè in sistemi che sono accelerati rispetto a un sistema di riferimento inerziale.

Queste includono la forza centrifuga, la forza di Coriolis e la forza di Eulero, e sono fondamentali per comprendere il comportamento dinamico in contesti come la rotazione terrestre, i moti atmosferici e i sistemi rotanti.

Questa raccolta è pensata per studenti di scuole superiori e appassionati di scienze fisiche che desiderano approfondire le proprie conoscenze e migliorare le proprie capacità di problem-solving. Speriamo che vi sia utile nel vostro percorso di studio e vi fornisca una solida base per affrontare con sicurezza le sfide poste dalla termodinamica. Buono studio!

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Esercizi svolti sulle forze apparenti

Sul peso apparente in un ascensore

Un cubo di massa $m = 15 \ kg$ è appeso su una bilancia a molla all’interno di un ascensore, come mostrato schematicamente in figura. Se l’ascensore sale con accelerazione costante pari ad $a = 1,5 \ m/s^2$

Calcola il peso apparente $P_{app}$ del cubo

[ $P_{app} = 1,7 \cdot 10^2 \ N$ ]

Soluzione

Sulla forza apparente in una macchina in frenata

Un uomo di massa $m = 60 \ kg$ si trova su di un taxi in frenata con accelerazione pari ad $a = -1,5 \ m/s^2$

Calcola la forza $F$ esercitata dalla cintura di sicurezza per tenere l’uomo fermo sul sedile

[ $F = -90 \ N$ ]

Soluzione

Sulla forza centrifuga

Una macchina di massa $m = 2,5 \cdot 10^2 \ kg$ percorre una curva di raggio $r = 1,5 \ m$ alla velocità $v = 30 \ m/s$

Calcola la forza centrifuga $F_{cf}$

[ $F_{cf} = 1,5 \cdot 10^5 \ N$ ]

Soluzione

Sulla forza centrifuga e la molla

Una pallina di massa $m = 15 \ kg$ è vincolata a muoversi lungo una guida rettilinea poggiata su un piano orizzontale che ruota con velocità angolare $\omega = 4,0 \ rad/s$ . La pallina è attaccata ad una molla di costante elastica $k = 9,0 \cdot 10^2 \ N/m$ e lunghezza a riposo $L = 12 \ m$ .

Calcola la posizione di equilibrio $L_{eq}$ nel sistema di riferimento della guida in rotazione

[ $L_{eq} = 16 \ m$ ]

Soluzione

Sulla forza centrifuga e la forza d’attrito

Una macchina di massa $m = 1,8 \cdot 10^2 \ kg$ percorre una curva di raggio $r = 1,5 \ m$ alla velocità $v = 3,0 \ m/s$ . Tra le ruote della macchina e la strada è presente attrito con coefficiente di attrito statico $\mu_s$ che permette alla macchina di non andare fuori strada

Calcola il valore del coefficiente di attrito statico $\mu_s$

[ $\mu_s = 0,6$ ]

Soluzione

Sulla forza centrifuga e la tensione

Una pallina di massa $m = 2,4 \ kg$ è attaccata ad un filo ideale di lunghezza $L = 1,7 \ m$ e ruota con velocità angolare $\omega = 24 \ rad/s$ , come mostrato in figura:

Calcola la tensione $T$ del filo

[ $T = 2,3 \cdot 10^5 \ N$ ]

Soluzione

Sul pendolo in un ascensore

Un pendolo di lunghezza $L = 5,0 \ m$ è appeso al soffitto di un ascensore che sta scendendo con accelerazione pari $a$ costante e sente un’accelerazione apparente pari ad $a_{app} = 3,0 \ m/s^2$

Calcola il periodo di oscillazione $T$ del pendolo

[ $T = 5,4 \ s$ ]

Soluzione

Sulla forza apparente in cima ad un dosso

Una macchina di massa $m = 2,0 \cdot 10^2 \ kg$ passa sopra un dosso con raggio di curvatura $r = 0,5 \ m$ con velocità costante $v = 0,6 \ m/s^2$

Calcola la reazione normale $N$ applicata dal dosso sulla macchina nel punto più in alto

[ $N = 18 \ N$ ]

Soluzione

Sulla forza apparente in un sistema composto da due casse

Consideriamo una cassa di massa $m = 2,0 \ kg$ poggiata sopra una cassa di massa $M = 9,0 \ kg$ libera di scivolare senza attrito sopra un piano orizzontale. Tra la cassa di massa $m$ e la cassa di massa $M$ è presente attrito con coefficiente di attrito dinamico pari a $\mu_d$ . Come mostrato in figura, la cassa più piccola si trova ad un’estremità della cassa più grande. Se, dopo aver applicato una forza $F = 10 \ N$ diretta come in figura, la cassa di massa $m$ si muove con accelerazione costante $a_m = 1,2 \ m/s^2$

Calcola il valore del coefficiente di attrito dinamico $\mu_d$

[ $\mu_d = 0,2$ ]

Soluzione

Link utili

Wikipedia