Esercizi: Proprietà fisiche, meccaniche e tecnologiche e prove

Classifica queste proprietà in fisiche, meccaniche o tecnologiche: densità, durezza, malleabilità, conducibilità elettrica, elasticità, fusibilità, resistenza alla trazione, saldabilità.

Un blocchetto di legno di 10 cm × 5 cm × 4 cm ha una massa di 140 g.

1. a) Calcola il volume in cm³.

1. b) Calcola la densità in g/cm³.

1. c) Stabilisci se galleggia in acqua (densità 1 g/cm³).

Associa ogni prova alla proprietà che misura.

1. Prova di trazione

2. Prova di durezza (graffiatura)

3. Prova di resilienza (urto)

4. Prova di flessione

A. Resistenza ai colpi.

B. Capacità di resistere a un carico che piega l'oggetto.

C. Resistenza a farsi rigare o penetrare.

D. Resistenza a una forza che tende ad allungare il materiale.

Una barra di acciaio con sezione di 20 mm² si rompe con un carico di 8.000 N. Una barra di alluminio con la stessa sezione si rompe a 3.000 N.

1. a) Calcola lo sforzo di rottura $\sigma = F/A$ in N/mm² per i due materiali.

1. b) Indica quale è più resistente alla trazione.

1. c) Spiega perché per confrontare materiali si usa lo sforzo e non il carico.

Un elastico lungo 20 cm viene allungato con pesi crescenti. Misure: 100 g → 22 cm; 200 g → 24 cm; 300 g → 26 cm; 400 g → 29 cm. Tolti i pesi dopo il carico di 400 g, l'elastico resta lungo 21 cm.

1. a) Calcola l'allungamento per ogni carico.

1. b) Indica fino a quale carico l'allungamento è proporzionale al peso.

1. c) Spiega che cos'è il limite elastico e tra quali carichi, secondo i dati, viene superato.

Si scaldano a un estremo quattro barrette uguali di rame, alluminio, acciaio e legno. Sull'altro estremo c'è un punto di cera. I tempi di scioglimento sono: rame 20 s, alluminio 30 s, acciaio 90 s, legno la cera non si scioglie.

1. a) Ordina i materiali dal miglior al peggior conduttore di calore.

1. b) Indica quale materiale useresti per il fondo di una pentola e quale per il manico, e perché.

1. c) Indica quali variabili devono essere uguali nelle quattro prove per un confronto corretto.

Due travetti di legno uguali nelle dimensioni (2 cm × 2 cm × 40 cm) sono appoggiati su due supporti distanti 30 cm. Il travetto A si rompe con un carico di 480 N, il travetto B con 360 N. Una mensola deve reggere una massa di 15 kg (prendi $g = 9{,}8$ m/s²).

1. a) Calcola il peso del carico in newton.

1. b) Calcola il coefficiente di sicurezza (carico di rottura / carico previsto) per A e B, con due decimali.

1. c) Se si richiede un coefficiente di almeno 3, stabilisci quale legno è adatto.

1. d) Spiega perché si progetta con un margine di sicurezza.

Vuoi confrontare l'assorbimento d'acqua di tre materiali: legno, plastica e cartone.

1. a) Descrivi la procedura: che cosa misuri, con quali strumenti e in quali passaggi.

1. b) Indica le variabili da mantenere uguali.

1. c) Un campione di cartone di 50 g, dopo l'immersione, pesa 62 g. Calcola la percentuale di acqua assorbita.

1. d) Spiega come interpreteresti i risultati per scegliere un materiale per una cassetta degli attrezzi usata all'aperto.

Un'asta di 1 m di lunghezza ha sezione di 100 mm² (1 · 10⁻⁴ m²). Dati dei materiali: acciaio, densità 7.850 kg/m³ e sforzo di rottura 400 N/mm²; alluminio, 2.700 kg/m³ e 150 N/mm²; legno, 700 kg/m³ e 50 N/mm².

1. a) Calcola la massa di ciascuna asta.

1. b) Calcola il carico di rottura di ciascuna asta ($F = \sigma \cdot A$).

1. c) Calcola il rapporto carico di rottura/massa in N/kg.

1. d) Indica quale materiale è il migliore se conta la leggerezza e spiega perché non è sempre la scelta giusta.