66. Soluzioni del 24 ottobre 2022 – Fisica a Oxford

Le soluzioni del 24 ottobre 2022 a cura di Fabio Ciuffoli

Ieri abbiamo presentato alcuni problemi suggeriti dal Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford e di seguito pubblichiamo le soluzioni.

Fisica a Oxford – soluzioni 

1. Al mattino hai fretta perché devi recarti al lavoro. Ti versi una tazza di caffè nero, ma è troppo caldo e allora vuoi aggiungere una quantità fissa di latte freddo. Dopo l’aggiunta del latte freddo, il caffè dovrà raffreddarsi ancora per alcuni minuti prima di poterlo bere. In quale caso il caffè si raffredda di più velocemente?

• 1) Aggiungendo subito il latte, per poi attendere qualche minuto prima di bere.
• 2) Attendendo qualche minuto, per poi aggiungere il latte appena prima di bere.

 1.  SOLUZIONE. Nel caso 2 il liquido nella tazza è più caldo all’inizio rispetto al caso 1. I liquidi più caldi si raffreddano più velocemente dei liquidi meno caldi, a causa di una maggiore differenza di temperatura con l’ambiente esterno. Quindi la velocità di raffreddamento sarà maggiore nel caso 2 e poiché in entrambi i casi il liquido si raffredda per lo stesso tempo, ma con velocità diverse, il liquido con velocità maggiore di raffreddamento risulterà più freddo. La risposta corretta è la 2. 

2. Una mosca è appoggiata sul fondo di un bicchiere che si trova su una bilancia digitale molto sensibile. All’improvviso la mosca decolla. Cosa succede alla scala del lettore digitale? Sale o scende?

2. SOLUZIONE. Immaginiamo di essere in piedi sulla bilancia nel nostro bagno e di saltare via dalla bilancia. Inizialmente spingeremo verso il basso la bilancia, che registrerà un peso maggiore, per poi tornare sullo zero. La situazione con la mosca è simile. Le sue ali spingono l’aria verso il basso, che, a sua volta, spinge il fondo del bicchiere, ma quando è sufficientemente alta, in modo che il movimento dell’aria non raggiunga il fondo del vetro, il peso misurato sarà quello del bicchiere vuoto. La risposta è: prima sale e poi scende.

3. Una corda senza peso collega due sfere di metallo identiche. Il punto medio della corda è oltre il bordo di un tavolo, come disegnato in figura. Ora lasci andare entrambe le palle contemporaneamente. Cosa accadrà prima: la palla 1 esce dal tavolo oppure la palla 2 colpisce il lato del tavolo?

3. SOLUZIONE. La forza di tensione della corda è la stessa su entrambi i lati, ma la componente orizzontale di tale forza è maggiore per la palla 1 che per la palla 2. Quindi la palla 1 accelererà in direzione orizzontale più velocemente e impiegherà meno tempo per percorrere la stessa distanza orizzontale, perciò la palla 1 esce dal tavolo prima che la palla 2 colpisca il lato del tavolo.

4. Il livello dell’acqua contenuta in tre bicchieri identici è esattamente lo stesso. Tuttavia, mentre il bicchiere 1 contiene solo acqua, nel bicchiere 2 galleggia, parzialmente immerso, un tappo di sughero e sul fondo del bicchiere 3 c’è una sferetta d’acciaio. Quale dei tre bicchieri ha il peso maggiore e quale il peso minore?

4. SOLUZIONE. Nel bicchiere 2, il tappo di sughero per galleggiare sposta una quantità di acqua che pesa quanto il tappo di sughero stesso (per il principio di Archimede). Se quindi tolgo il tappo di sughero e aggiungo nel bicchiere una quantità di acqua pari a quella che il sughero spostava galleggiando, il peso complessivo del bicchiere e il livello dell’acqua non cambiano e ottengo è la configurazione del primo bicchiere, perciò P₁ e P₂ sono uguali, mentre P₃ è maggiore di P₁ e P₂ in quanto la sferetta di acciaio, affondando, sposta una quantità di acqua che pesa meno della sfera. La risposta corretta è quindi: il bicchiere 3 ha il peso maggiore mentre i bicchieri 1 e 2 hanno lo stesso peso.

A lunedì prossimo.