Esercizi: Proprietà fisiche, meccaniche e tecnologiche

Spiega con parole tue la differenza tra proprietà fisiche, chimiche, meccaniche e tecnologiche di un materiale. Per ciascuna categoria fai un esempio di proprietà e di un materiale che la possiede.

Associa ogni proprietà alla sua definizione: durezza, elasticità, resistenza alla corrosione, conducibilità elettrica, malleabilità, densità.

1. a) Capacità di un materiale di tornare alla forma iniziale quando cessa la forza che lo deforma.
2. b) Capacità di essere ridotto in lamine sottili senza rompersi.
3. c) Resistenza di un materiale a essere scalfito o penetrato.
4. d) Rapporto tra massa e volume.
5. e) Capacità di lasciar passare la corrente elettrica.
6. f) Capacità di non essere alterato da agenti come acqua, aria o acidi.

Un blocchetto di alluminio ha massa $m = 270$ g e volume $V = 100$ cm³.

1. a) Calcola la densità $\rho = \frac{m}{V}$ in g/cm³.
2. b) Converti il risultato in kg/m³.
3. c) Il blocchetto galleggerebbe in acqua (densità 1 g/cm³)? Spiega perché.

Una scuola di Bologna deve scegliere il materiale per il manico di una pentola. Sono candidati: acciaio inox, legno di faggio, alluminio e polipropilene.

1. a) Quale proprietà fisica è la più importante per un manico e perché?
2. b) Ordina i quattro materiali dal peggiore al migliore per questo uso, motivando la scelta.
3. c) Indica un'altra proprietà che dovrebbe avere il materiale scelto (ad esempio resistenza al calore) e spiega perché.

Un'officina di Brescia misura la densità di tre campioni di metallo ottenendo:

• Campione A: massa 780 g, volume 100 cm³

• Campione B: massa 896 g, volume 100 cm³

• Campione C: massa 270 g, volume 100 cm³

1. a) Calcola la densità di ciascun campione.
2. b) Sapendo che i metalli possibili sono ferro (7,8 g/cm³), rame (8,96 g/cm³) e alluminio (2,7 g/cm³), identifica ciascun campione.
3. c) Quale dei tre è il più adatto a costruire il telaio di una bicicletta leggera? Spiega.

Una barra di acciaio lunga 2,000 m viene sottoposta a una prova di trazione. Sotto un carico di 10 kN si allunga di 1,5 mm e, tolto il carico, torna alla lunghezza iniziale. Con un carico di 40 kN si allunga di 12 mm e, tolto il carico, resta lunga 2,004 m.

1. a) Spiega in quale dei due casi il materiale ha avuto un comportamento elastico e in quale plastico.
2. b) Calcola l'allungamento percentuale $\frac{\Delta L}{L_0}\cdot 100$ sotto il carico di 10 kN.
3. c) Calcola la deformazione permanente in mm dopo la prova a 40 kN.

Un'azienda di Vicenza produce caschi da ciclista e deve scegliere tra due materiali per la calotta esterna: policarbonato (tenace, leggero) e ceramica (molto dura, fragile).

1. a) Distingui tra durezza e tenacità e spiega quale delle due conta di più in un urto.
2. b) Scegli il materiale e giustifica la scelta con almeno tre proprietà.
3. c) Spiega perché un materiale molto duro non è necessariamente adatto a resistere agli urti.

Una tabella riporta per tre materiali la densità e la resistenza a trazione:

• Acciaio: 7.850 kg/m³; 400 MPa

• Alluminio (lega): 2.700 kg/m³; 250 MPa

• Legno di abete: 450 kg/m³; 40 MPa

1. a) Calcola per ciascuno il rapporto resistenza/densità in MPa per (kg/m³), moltiplicato per 1.000.
2. b) Quale materiale è il più efficiente per una trave che deve essere leggera e resistente?
3. c) Perché il solo valore della resistenza non basta a scegliere il materiale di un ponte pedonale? Cita almeno due altri criteri.

Un cavo di rame di sezione 2,5 mm² e lunghezza 20 m alimenta un elettrodomestico. La resistività del rame è $\rho = 1{,}7\cdot 10^{-8}$ Ω·m e quella dell'alluminio $2{,}8\cdot 10^{-8}$ Ω·m.

1. a) Calcola la resistenza del cavo con $R = \rho\,\frac{L}{S}$.
2. b) Calcola la sezione che dovrebbe avere un cavo di alluminio della stessa lunghezza per avere la stessa resistenza.
3. c) Spiega perché, nonostante ciò, l'alluminio è usato nelle linee aeree ad alta tensione.