Quiz di fisica per la preselettiva Vigili del Fuoco: 30 domande svolte

Risposta corretta: D — 16 volte

Se P è proporzionale a T⁴, raddoppiando T la potenza diventa 2⁴ = 16 volte maggiore. La temperatura va però espressa in kelvin: passare da 300 °C a 600 °C non raddoppia la temperatura assoluta (da 573 K a 873 K), quindi in quel caso l'aumento reale sarebbe di circa 5 volte.

Risposta corretta: C — 87%

L'energia totale è 335 + 2260 = 2595 kJ; la vaporizzazione ne rappresenta 2260 / 2595 ≈ 0,87, cioè circa l'87%. È il motivo per cui l'acqua nebulizzata è così efficace sugli incendi: la maggior parte del calore viene sottratta quando l'acqua evapora, non quando si scalda.

Risposta corretta: B — 6 cm

L'allungamento è ΔL = α · L · ΔT = 12 · 10⁻⁶ · 10 m · 500 = 0,06 m, cioè 6 cm. Se la trave è vincolata, questo allungamento si traduce in spinte enormi su pilastri e murature: è una delle cause di crollo delle strutture metalliche esposte al fuoco.

Risposta corretta: B — 490 N

Il peso vale m·g = 100 · 9,8 = 980 N. Sul piano inclinato la componente del peso parallela alla rampa è P·sin 30° = 980 · 0,5 = 490 N, ed è quella da bilanciare. La componente perpendicolare, P·cos 30° ≈ 849 N, è sostenuta dalla rampa stessa.

Risposta corretta: A — L'intensità di corrente che attraversa il corpo

I danni (contrazioni muscolari, fibrillazione ventricolare, ustioni) dipendono dalla corrente che attraversa l'organismo, dal suo percorso e dalla durata. La tensione conta perché, a parità di resistenza del corpo, determina quanta corrente passa (I = V/R), ma l'effetto fisiologico è legato alla corrente: poche decine di milliampere attraverso il torace possono essere letali.

Risposta corretta: B — 45°

La gittata di un corpo lanciato con velocità v su un piano è R = v²·sin(2θ)/g, massima quando sin(2θ) = 1, cioè per θ = 45°. Angoli complementari come 30° e 60° danno la stessa gittata, minore; a 90° il getto ricade sul posto. Nella realtà l'attrito dell'aria sposta l'angolo ottimale un po' sotto i 45°.

Risposta corretta: B — Aumenta di √2 volte, circa 1,41

Il periodo è proporzionale alla radice quadrata della lunghezza: con 2L diventa T·√2 ≈ 1,41·T. Non dipende invece dalla massa appesa né, per piccole ampiezze, dall'ampiezza dell'oscillazione. Per raddoppiare il periodo bisognerebbe quadruplicare la lunghezza.

Risposta corretta: C — 80%

La densità del corpo è 12 / 15 = 0,8 kg/dm³, minore di quella dell'acqua: quindi galleggia. All'equilibrio il peso dell'acqua spostata eguaglia il peso del corpo, per cui la frazione immersa è il rapporto fra le densità: 0,8 / 1 = 80%. Resta fuori il 20%.

Risposta corretta: D — 3000 N

Per il principio di Pascal la pressione si trasmette invariata: F1/A1 = F2/A2. Quindi F2 = 300 · 50 / 5 = 3000 N. La forza aumenta dello stesso fattore delle aree (10 volte), ma il pistone grande si sposta 10 volte meno: il lavoro non aumenta.

Risposta corretta: B — 4 volte

L'energia cinetica vale E = ½ · m · v². Raddoppiando la velocità, v² diventa quattro volte più grande, quindi l'energia cinetica quadruplica. A parità di decelerazione, anche lo spazio di frenata diventa quattro volte più lungo.

Risposta corretta: B — 340 m

In 2 secondi il suono percorre 340 · 2 = 680 m, ma questo tragitto comprende andata e ritorno. La distanza dalla parete è la metà: 340 m. Rispondere 680 m significa dimenticare che l'eco deve tornare indietro.

Risposta corretta: D — 837 kJ

Si usa Q = m · c · ΔT. Con m = 5 kg, c = 4,186 kJ/(kg·°C) e ΔT = 60 − 20 = 40 °C si ottiene Q = 5 · 4,186 · 40 ≈ 837 kJ. Le altre opzioni corrispondono a salti di temperatura di 10, 20 e 30 °C.

Risposta corretta: A — 392 W

Il lavoro contro la gravità è L = m·g·h = 20 · 9,8 · 10 = 1960 J. La potenza è il lavoro diviso il tempo: P = 1960 / 5 = 392 W. Il valore 1960 è il lavoro in joule, non la potenza in watt.

Risposta corretta: B — 2 m/s²

Per il secondo principio della dinamica a = F_risultante / m. La forza risultante è 150 − 50 = 100 N, quindi a = 100 / 50 = 2 m/s². Chi ignora l'attrito ottiene 3 m/s².

Risposta corretta: C — Quadruplica circa

La perdita di carico varia all'incirca con il quadrato della portata: raddoppiando la portata diventa quattro volte maggiore. È il motivo per cui allungare o strozzare una linea di mandata penalizza la pressione in punta molto più di quanto ci si aspetti.

Risposta corretta: C — 2,9 kW

Seicento litri d'acqua pesano 600 kg. Il lavoro vale massa per accelerazione di gravità per altezza: 600 x 9,8 x 30 = circa 176 kJ. Diviso per 60 secondi si ottengono circa 2,9 kW di potenza utile, cui andrebbe aggiunto il rendimento della pompa.

Risposta corretta: C — 20 m/s

Per il teorema di Torricelli la velocità vale radice di 2 g h: radice di 2 x 9,8 x 20 = circa 19,8 m/s. Da notare che la velocità dipende solo dal dislivello, non dalla quantità d'acqua contenuta nel serbatoio.

Risposta corretta: D — 44 m

Nella caduta libera lo spazio vale mezzo g per il tempo al quadrato: 0,5 x 9,8 x 9 = circa 44 metri. Chi risponde 30 metri ha moltiplicato la velocità per il tempo, formula valida solo per il moto uniforme.

Risposta corretta: A — Perché evaporando assorbe una grande quantità di calore latente

Per far evaporare un chilogrammo d'acqua servono circa 2260 kJ, molti più dei circa 335 kJ necessari a portarla da 20 a 100 gradi. È soprattutto questo calore latente di vaporizzazione a sottrarre energia all'incendio: per questo l'acqua nebulizzata, che evapora meglio, raffredda più di un getto pieno.

Risposta corretta: A — Irraggiamento

L'irraggiamento avviene tramite onde elettromagnetiche e non richiede un mezzo materiale: è il modo in cui il calore del Sole raggiunge la Terra ed è anche il meccanismo che propaga un incendio a edifici vicini senza contatto diretto. Conduzione e convezione richiedono invece materia.

Risposta corretta: A — Quadruplica

L'energia cinetica vale mezzo m per v al quadrato: dipende dal quadrato della velocità, quindi raddoppiandola diventa quattro volte maggiore. È la ragione fisica per cui lo spazio di frenata e la gravità dei danni crescono così rapidamente con la velocità.

Risposta corretta: D — Diminuisce la superficie di appoggio

La pressione è il rapporto fra forza e superficie: a parità di forza, riducendo l'area di contatto la pressione cresce. È il principio per cui su una superficie cedente, come un tetto o il ghiaccio, conviene distribuire il peso su un'area maggiore.

Risposta corretta: B — 2,5 bar

Ogni 10 metri di colonna d'acqua corrispondono a circa 1 bar. Venticinque metri danno quindi circa 2,5 bar. È la regola pratica che consente di stimare rapidamente la pressione disponibile su un piano alto di un edificio.

Risposta corretta: C — 600 N m

Il momento è il prodotto della forza per il braccio, cioè la distanza perpendicolare dal punto di rotazione: 200 x 3 = 600 N m. Se la forza fosse inclinata occorrerebbe considerarne solo la componente perpendicolare.

Risposta corretta: A — Al peso del fluido spostato

La spinta idrostatica è uguale al peso del volume di fluido spostato dal corpo. Il confronto fra questa spinta e il peso del corpo determina se galleggia, resta in equilibrio o affonda.

Risposta corretta: C — 2300 W

La potenza si ottiene moltiplicando tensione e corrente: 230 x 10 = 2300 W, cioè 2,3 kW. È il tipico assorbimento massimo di una presa domestica da 10 A.

Risposta corretta: A — Verso il centro della circonferenza

Il modulo della velocità è costante ma la sua direzione cambia continuamente: l'accelerazione centripeta è diretta verso il centro. La cosiddetta forza centrifuga è solo un effetto apparente per un osservatore non inerziale.

Risposta corretta: A — 490 J

L'energia potenziale gravitazionale si calcola come Ep = m·g·h = 5 kg × 9,8 m/s² × 10 m = 490 joule. Il valore dipende dalla quota rispetto al livello di riferimento scelto, non dal percorso seguito per raggiungerla.

Risposta corretta: C — L'energia necessaria al passaggio di stato a temperatura costante

Durante un passaggio di stato l'energia fornita rompe i legami fra le particelle anziché aumentarne l'agitazione termica: per questo la temperatura resta costante finché la transizione non è completa.

Risposta corretta: A — La produzione di calore in un conduttore percorso da corrente

L'energia elettrica si dissipa in calore proporzionalmente al quadrato della corrente e alla resistenza. È il principio delle stufe elettriche ma anche la causa di molti incendi di origine elettrica.