BAC Fizică (Mecanică + Termodinamică) - iunie 2025 (Varianta 1)
Rezolvați subiectele din ariile tematice A. Mecanică și B. Elemente de termodinamică. Se acordă zece puncte din oficiu. Timpul de lucru efectiv este de trei ore. Se consideră accelerația gravitațională g = 10 m/s², numărul lui Avogadro N_A = 6,02·10²³ mol⁻¹ și constanta gazelor ideale R = 8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹.
Varianta oficială
Unele cerințe se referă la o figură, un grafic sau o hartă. Le găsești în paginile subiectului oficial.


A. Mecanică · Subiectul I
Conform legii lui Hooke, dacă forța deformatoare aplicată unui fir elastic se dublează, atunci alungirea firului:
a. rămâne aceeași
b. se dublează
c. se înjumătățește
d. devine de 4 ori mai mare
Rezolvare
Legea lui Hooke leagă forța deformatoare de alungire printr-o relație de proporționalitate directă: , unde este constanta elastică a firului. Dacă se dublează iar rămâne aceeași (același fir, în domeniul elastic), atunci se dublează. Răspunsul corect este b.
Barem
Item grilă: efectul dublării forței deformatoare asupra alungirii unui fir elastic (a. rămâne aceeași, b. se dublează, c. se înjumătățește, d. devine de 4 ori mai mare). Barem: 3 puncte pentru litera b (legea lui Hooke este liniară: F = k·Δℓ). Fără punctaj parțial.
Simbolurile mărimilor fizice fiind cele utilizate în manuale, vectorul accelerație medie este definit prin relația:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Accelerația medie este prin definiție variația vitezei raportată la intervalul de timp în care se produce: . Variantele c și d se elimină imediat prin analiză dimensională - ele conțin o forță, deci nu pot da o accelerație (), iar varianta b împarte la o distanță, nu la un timp. Răspunsul corect este a.
Barem
Item grilă: definiția vectorului accelerație medie (a. Δv/Δt, b. Δv/Δx, c. ΔF/Δt, d. ΔF/Δx). Barem: 3 puncte pentru litera a. Fără punctaj parțial.
Viteza a unui mobil depinde de coordonata conform relației , unde și sunt două constante. Unitatea de măsură în S.I. a raportului este:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Într-o sumă, toți termenii au unitatea membrului stâng, deci și , de unde . Atunci
Răspunsul corect este c. Reține metoda: într-o relație fizică se adună numai mărimi cu aceeași unitate, iar asta este suficient pentru a determina unitatea oricărei constante din relație.
Barem
Item grilă de analiză dimensională: v = αx + β, se cere unitatea S.I. a raportului β/α (a. m/s, b. s, c. m, d. m/s²). Barem: 3 puncte pentru litera c. Fără punctaj parțial.
Motorul unui autoturism dezvoltă puterea . În momentul în care forța de tracțiune are valoarea , viteza autoturismului este:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Puterea dezvoltată de o forță constantă care acționează în sensul mișcării este , deci
Transformarea în km/h se face înmulțind cu : . Răspunsul corect este c.
Barem
Item grilă: viteza unui autoturism din P = 25 kW și F = 1000 N (a. 25 km/h, b. 50 km/h, c. 90 km/h, d. 250 km/h). Barem: 3 puncte pentru litera c (v = P/F = 25 m/s = 90 km/h). Fără punctaj parțial.
Un corp de dimensiuni neglijabile se deplasează de-a lungul axei . Dependența de timp a coordonatei corpului este reprezentată în graficul din figura din subiect: coordonata crește liniar cu la fiecare . Viteza corpului este:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Graficul este o dreaptă, deci mișcarea este rectilinie uniformă și viteza este constantă, egală cu panta dreptei:
Citind pe grafic o creștere de într-un interval de , rezultă . Răspunsul corect este a. Atenție la capcana obișnuită: valoarea coordonatei la un moment dat nu este viteza - viteza este panta, adică raportul dintre două variații.
Barem
Item grilă cu grafic x(t): se cere viteza corpului (a. 1 m/s, b. 2 m/s, c. 4 m/s, d. 6 m/s). Barem: 3 puncte pentru litera a. Graficul este o dreaptă, deci mișcarea este rectilinie uniformă și viteza este panta dreptei. Fără punctaj parțial.
A. Mecanică · Subiectul al II-lea
Sistemul mecanic din figura din subiect este format din două corpuri cu masele și , aflate pe aceeași suprafață orizontală. Corpurile sunt legate printr-un fir inextensibil și de masă neglijabilă: firul pleacă de la corpul , trece pe deasupra corpului până la scripetele fără frecări și lipsit de inerție fixat la capătul din dreapta al suprafeței, se întoarce paralel cu sine și se leagă de corpul - deci ambele ramuri ale firului sunt orizontale și paralele. Sub acțiunea forței orizontale , orientată în sens opus scripetelui, corpul de masă se deplasează cu viteză constantă. Coeficientul de frecare la alunecare dintre corpul de masă și suprafața orizontală este . Se consideră .
Reprezentați forțele care acționează asupra corpului de masă .
Rezolvare
Asupra corpului de masă acționează patru forțe orizontale și verticale: greutatea (vertical în jos), reacțiunea normală din partea suprafeței (vertical în sus), forța (orizontală, în sensul mișcării), tensiunea din fir (orizontală, orientată spre scripete, deci opusă lui ) și forța de frecare la alunecare (orizontală, opusă sensului mișcării).
Corpul se mișcă cu viteză constantă, deci este în echilibru: pe verticală , iar pe orizontală .
Barem
Problemă de mecanică: două corpuri (m1 = 2 kg, m2 = 1 kg) legate printr-un fir trecut peste un scripete, ambele pe suprafețe orizontale, m1 tras de F = 8 N orizontal cu viteză constantă, μ1 = 0,1. Cerința a: reprezentarea forțelor care acționează asupra corpului m1. Barem: 4 puncte pentru reprezentarea corectă a tuturor forțelor - greutatea m1·g (vertical în jos), reacțiunea normală N1 (vertical în sus), forța F (orizontală, în sensul mișcării), tensiunea din fir T (orizontală, spre scripete) și forța de frecare Ff1 (orizontală, opusă mișcării).
Calculați valoarea tensiunii din fir.
Rezolvare
Corpul se deplasează cu viteză constantă, deci accelerația este nulă și forța rezultantă care acționează asupra lui este nulă. Pe direcția mișcării:
Forța de frecare la alunecare este , iar pe verticală , deci .
Rezultă
Barem
Aceeași problemă (m1 = 2 kg tras de F = 8 N cu viteză constantă, μ1 = 0,1, m2 = 1 kg legat prin fir peste scripete). Cerința b: valoarea tensiunii din fir. Barem: 1 punct pentru F - T - Ff1 = 0, 1 punct pentru Ff1 = μ1·N1, 1 punct pentru N1 = m1·g, 1 punct pentru rezultatul final T = 6 N.
Calculați valoarea coeficientului de frecare la alunecare dintre corpul de masă și suprafața orizontală.
Rezolvare
Firul este inextensibil, deci corpul se mișcă tot cu viteză constantă și este și el în echilibru. Singurele forțe orizontale care acționează asupra lui sunt tensiunea din fir și frecarea:
Cum și , rezultă
Barem
Aceeași problemă. Cerința c: coeficientul de frecare dintre m2 și suprafața orizontală. Barem: 1 punct pentru T - Ff2 = 0, 1 punct pentru Ff2 = μ2·N2, 1 punct pentru N2 = m2·g, 1 punct pentru rezultatul final μ2 = 0,6.
Calculați valoarea reacțiunii din axul scripetelui.
Rezolvare
Scripetele este lipsit de inerție și fără frecări, deci tensiunea are aceeași valoare pe ambele ramuri ale firului. Cele două ramuri sunt orizontale și paralele (firul se întoarce cu peste scripete), deci cele două tensiuni care trag de scripete au același sens și se adună:
Atenție: factorul 2 apare doar pentru că ramurile sunt paralele. Dacă ramurile ar fi perpendiculare, reacțiunea ar fi - reacțiunea din ax este întotdeauna suma vectorială a celor două tensiuni.
Barem
Aceeași problemă. Cerința d: reacțiunea din axul scripetelui. Barem: 2 puncte pentru Fs = 2T (cele două ramuri ale firului sunt orizontale și paralele, iar firul se întoarce cu 180° peste scripete), 1 punct pentru rezultatul final Fs = 12 N.
A. Mecanică · Subiectul al III-lea
Un corp având masa , considerat punctiform, este suspendat la un capăt al unui fir inextensibil și de masă neglijabilă, având lungimea . Celălalt capăt al firului este fixat într-un punct aflat la înălțimea față de sol. Corpul este eliberat, din repaus, din punctul în care firul întins formează cu verticala unghiul (). Când corpul ajunge în punctul , în care firul formează cu verticala unghiul (), firul se rupe, iar corpul își continuă mișcarea până la căderea pe suprafața orizontală a solului. Se neglijează frecările și interacțiunea cu aerul, iar energia potențială gravitațională este considerată nulă la nivelul solului. Se consideră .
Calculați energia mecanică a corpului în punctul .
Rezolvare
Corpul este eliberat din repaus, deci energia cinetică în este nulă și energia mecanică se reduce la energia potențială gravitațională:
Înălțimea punctului față de sol se obține coborând pe verticală din punctul de suspensie : . Din rezultă , deci
Cu :
Barem
Problemă de mecanică: pendul gravitațional, m = 50 g, ℓ = 1,0 m, punctul de suspensie O la H = 3,8 m față de sol, eliberat din repaus din A (unghiul cu verticala 53°, sin = 0,8). Cerința a: energia mecanică în A. Barem: 1 punct pentru EA = EpA (corpul pleacă din repaus), 1 punct pentru EpA = m·g·hA, 1 punct pentru hA = H - ℓ·cos α, 1 punct pentru rezultatul final EA = 1,6 J.
Calculați lucrul mecanic efectuat de greutate în timpul deplasării corpului din în .
Rezolvare
Greutatea este o forță conservativă, iar lucrul ei mecanic depinde numai de diferența de înălțime dintre capetele drumului:
Din rezultă , deci . Atunci
Lucrul este pozitiv pentru că corpul coboară - greutatea acționează în sensul deplasării pe verticală.
Barem
Aceeași problemă (pendul, m = 50 g, ℓ = 1,0 m, H = 3,8 m, din A la 53° până în B la 37°). Cerința b: lucrul mecanic al greutății pe drumul A → B. Barem: 1 punct pentru LG = m·g·(hA - hB), 1 punct pentru hB = H - ℓ·cos β, 1 punct pentru rezultatul final LG = 0,1 J.
Calculați valoarea vitezei corpului la trecerea prin punctul .
Rezolvare
Teorema variației energiei cinetice pe drumul :
Asupra corpului acționează doar greutatea și tensiunea din fir. Tensiunea este permanent perpendiculară pe viteză (firul este inextensibil, corpul se mișcă pe un arc de cerc), deci nu efectuează lucru mecanic, iar frecările se neglijează: . Cum corpul pleacă din repaus, și
Barem
Aceeași problemă. Cerința c: viteza în B. Barem: 1 punct pentru EcB - EcA = Ltotal(A→B), 1 punct pentru Ltotal(A→B) = LG (tensiunea din fir nu efectuează lucru mecanic, frecările se neglijează), 1 punct pentru EcB = m·vB²/2, 1 punct pentru rezultatul final vB = 2 m/s.
Calculați valoarea impulsului mecanic al corpului în momentul imediat anterior atingerii solului.
Rezolvare
După ruperea firului corpul se mișcă liber în câmp gravitațional, iar frecările se neglijează, deci energia mecanică se conservă între (la înălțimea , cu viteza ) și punctul de pe sol (unde ):
Masa se simplifică:
Impulsul este
Observă că nu a fost nevoie să descompui mișcarea de după rupere în componente - conservarea energiei dă direct valoarea vitezei, indiferent de direcția ei.
Barem
Aceeași problemă. Cerința d: impulsul corpului imediat înainte de atingerea solului, după ruperea firului în B. Barem: 1 punct pentru pC = m·vC, 2 puncte pentru m·vC²/2 = m·g·hB + m·vB²/2 (conservarea energiei mecanice pe traiectoria de după rupere), 1 punct pentru rezultatul final pC = 0,4 kg·m/s.
B. Termodinamică · Subiectul I
Mărimea fizică definită prin raportul dintre căldura primită de un corp și variația temperaturii acestuia este:
a. căldura molară
b. căldura specifică
c. capacitatea calorică
d. puterea calorică
Rezolvare
Capacitatea calorică a unui corp este prin definiție - căldura schimbată pentru fiecare kelvin de variație a temperaturii, și se măsoară în . Celelalte trei mărimi raportează în plus la o cantitate de substanță: căldura specifică la masă (), căldura molară la numărul de moli (), iar puterea calorică este cu totul altceva (căldura degajată prin arderea unității de masă de combustibil). Răspunsul corect este c.
Barem
Item grilă: mărimea definită prin raportul dintre căldura primită și variația temperaturii (a. căldura molară, b. căldura specifică, c. capacitatea calorică, d. puterea calorică). Barem: 3 puncte pentru litera c. Fără punctaj parțial.
Simbolurile mărimilor fizice fiind cele utilizate în manualele de fizică, randamentul ciclului Carnot este dat de relația:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Randamentul ciclului Carnot depinde numai de temperaturile absolute ale celor două surse:
Variantele a și b se elimină imediat: un randament trebuie să fie subunitar, iar un simplu raport de temperaturi poate depăși 1 (varianta a) sau nu poate fi niciodată zero. Varianta c ar da un randament negativ, pentru că . Răspunsul corect este d.
Barem
Item grilă: expresia randamentului ciclului Carnot. Barem: 3 puncte pentru litera d (η = 1 - T_rece/T_cald). Fără punctaj parțial.
Unitatea de măsură în S.I. a căldurii specifice este:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Căldura specifică este definită prin , deci unitatea ei este
Varianta d este unitatea capacității calorice, iar varianta b se apropie de cea a căldurii molare (căreia îi lipsește tot ). Răspunsul corect este c.
Barem
Item grilă: unitatea de măsură în S.I. a căldurii specifice. Barem: 3 puncte pentru litera c (J·kg⁻¹·K⁻¹). Fără punctaj parțial.
O cantitate constantă de gaz ideal este supusă procesului termodinamic reprezentat grafic în coordonate presiune-temperatură ca în figura din subiect. Volumul minim ocupat de gaz pe parcursul acestui proces corespunde stării:
a. 1
b. 2
c. 3
d. 4
Rezolvare
Din ecuația termică de stare, volumul se citește în coordonate ca
Așadar volumul este proporțional cu raportul : fiecare izocoră este o dreaptă prin origine în diagrama , iar cu cât panta ei este mai mare (presiune mare la temperatură mică), cu atât volumul este mai mic. Volumul minim corespunde stării aflate pe dreapta prin origine cea mai abruptă, adică starea 1. Răspunsul corect este a.
Barem
Item grilă cu grafic p-T: se cere starea de volum minim dintr-un proces 1→2→3→4 al unei cantități constante de gaz ideal. Barem: 3 puncte pentru litera a (starea 1). În coordonate p-T, V = νRT/p, deci volumul este cu atât mai mic cu cât raportul T/p este mai mic, adică cu cât punctul se află pe o dreaptă prin origine de pantă mai mică. Fără punctaj parțial.
Într-un vas izolat adiabatic se amestecă o masă de apă, aflată la temperatura , cu o masă de apă aflată la temperatura . Temperatura amestecului, după atingerea stării de echilibru termic, este:
a.
b.
c.
d.
Rezolvare
Vasul este izolat adiabatic, deci căldura cedată de apa caldă este primită integral de apa rece:
Căldura specifică se simplifică (este aceeași substanță), iar temperatura de echilibru este media ponderată cu masele:
Răspunsul corect este b. Verificarea rapidă: temperatura finală trebuie să fie mai apropiată de decât de , pentru că apa rece este mai multă - asta elimină singură variantele c și d.
Barem
Item grilă de calorimetrie: amestec de 2 kg apă la 80°C cu 3 kg apă la 10°C într-un vas izolat adiabatic (a. 35°C, b. 38°C, c. 45°C, d. 48°C). Barem: 3 puncte pentru litera b (38°C). Fără punctaj parțial.
B. Termodinamică · Subiectul al II-lea
În interiorul unui cilindru este închisă, cu ajutorul unui piston, o cantitate de oxigen (, ) la temperatura și presiunea . Ulterior în interiorul cilindrului se mai introduce lent o cantitate de heliu (, ) având temperatura , până când volumul total ocupat de amestecul gazos din cilindru se dublează. În timpul acestui proces, prin deplasarea pistonului, presiunea amestecului aflat la temperatura este menținută constantă, la valoarea . Atât oxigenul cât și heliul sunt considerate gaze ideale.
Calculați masa de oxigen din tubul cilindric.
Rezolvare
Cantitatea de substanță se leagă de masă prin masa molară:
Barem
Problemă de termodinamică: ν1 = 2,0 mol oxigen (μ1 = 32 g/mol, Cv1 = 2,5R) la T = 300 K și p = 1,5·10⁵ Pa, peste care se introduce heliu (μ2 = 4,0 g/mol, Cv2 = 1,5R) la aceeași temperatură, izobar, până când volumul se dublează. Cerința a: masa de oxigen. Barem: 3 puncte pentru ν1 = m1/μ1, 1 punct pentru rezultatul final m1 = 64 g.
Calculați densitatea oxigenului din tub înainte de introducerea heliului.
Rezolvare
Densitatea este , iar volumul inițial se obține din ecuația termică de stare scrisă pentru oxigen:
Atunci
Echivalent, combinând direct cele două relații: - o formă utilă de reținut, pentru că arată că densitatea unui gaz ideal depinde numai de presiune, temperatură și masa molară.
Barem
Aceeași problemă. Cerința b: densitatea oxigenului înainte de introducerea heliului. Barem: 2 puncte pentru ρ1 = m1/V, 1 punct pentru p·V = (m1/μ1)·R·T, 1 punct pentru rezultatul final ρ1 ≈ 1,9 kg/m³.
Calculați cantitatea de heliu introdusă suplimentar în interiorul tubului cilindric.
Rezolvare
Introducerea heliului se face la presiune și temperatură constante, deci putem scrie ecuația de stare înainte și după:
Împărțind a doua relație la prima:
La și fixate, volumul unui gaz ideal este proporțional cu numărul de moli (legea lui Avogadro), deci dublarea volumului cere dublarea cantității totale de substanță - indiferent ce gaz se adaugă.
Barem
Aceeași problemă. Cerința c: cantitatea (numărul de moli) de heliu introdusă. Barem: 1 punct pentru p·V = ν1·R·T, 1 punct pentru p·2V = (ν1 + ν2)·R·T, 1 punct pentru rezultatul final ν2 = 2 mol.
Calculați energia internă a amestecului gazos după introducerea suplimentară a heliului.
Rezolvare
Energia internă a unui amestec de gaze ideale este suma energiilor interne ale componentelor, fiecare calculată la temperatura comună :
Cu și :
Observă că energia internă a gazului ideal depinde numai de temperatură (și de cantitate), nu și de presiune sau volum - de aceea dublarea volumului nu apare deloc în calcul.
Barem
Aceeași problemă. Cerința d: energia internă a amestecului. Barem: 1 punct pentru U = U1 + U2, 1 punct pentru U1 = ν1·Cv1·T, 1 punct pentru U2 = ν2·Cv2·T, 1 punct pentru rezultatul final U ≈ 2·10⁴ J.
B. Termodinamică · Subiectul al III-lea
O cantitate de gaz ideal monoatomic, având căldura molară la volum constant , parcurge transformarea ciclică reprezentată în coordonate presiune-volum în figura din subiect: este o izocoră la volumul în care presiunea crește de la la , este o izobară la presiunea în care volumul crește de la la , iar este un segment de dreaptă care trece prin origine. În starea 1 temperatura gazului are valoarea .
Calculați variația energiei interne a gazului în transformarea .
Rezolvare
Energia internă a gazului ideal este funcție numai de temperatură, deci
Temperatura stării 3 se obține din ecuația de stare, comparând starea 3 (, ) cu starea 1 (, ):
Cu (din ):
Semnul negativ arată că gazul se răcește pe drumul .
Barem
Problemă de termodinamică: ν = 2/8,31 mol gaz ideal monoatomic (Cv = 1,5R) parcurge ciclul 1→2→3→1 în coordonate p-V (1→2 izocoră cu p2 = 2p1, 2→3 izobară cu V3 = 2V1, 3→1 segment de dreaptă), T1 = 300 K. Cerința a: variația energiei interne în 3→1. Barem: 1 punct pentru ΔU31 = ν·Cv·(T1 - T3), 1 punct pentru p2 = 2p1, 1 punct pentru T3 = 4T1, 1 punct pentru rezultatul final ΔU31 = -2,7·10³ J.
Calculați lucrul mecanic total schimbat de gaz cu mediul exterior pe parcursul unui ciclu.
Rezolvare
În coordonate , lucrul mecanic schimbat pe un ciclu este aria închisă de ciclu. Ciclul este un triunghi cu vârfurile , și , deci
Din ecuația de stare în starea 1, , deci
Lucrul este pozitiv pentru că ciclul este parcurs în sens orar - gazul funcționează ca un motor.
Barem
Aceeași problemă (ciclul 1→2→3→1). Cerința b: lucrul mecanic total pe ciclu. Barem: 2 puncte pentru L = p1·V1/2 (aria ciclului în coordonate p-V), 1 punct pentru p1·V1 = ν·R·T1, 1 punct pentru rezultatul final L = 3·10² J.
Calculați căldura cedată de gaz pe parcursul unui ciclu.
Rezolvare
Pe drumul gazul se răcește () și este comprimat (), deci aceasta este singura transformare a ciclului în care gazul cedează căldură: .
Lucrul mecanic pe segmentul de dreaptă este aria trapezului de sub el, luată cu semn negativ (volumul scade):
Principiul întâi al termodinamicii dă
Barem
Aceeași problemă. Cerința c: căldura cedată pe ciclu. Barem: 1 punct pentru Qc = Q31 (singura transformare în care gazul cedează căldură), 1 punct pentru Q31 = ΔU31 + L31, 1 punct pentru L31 = -1,5·p1·V1, 1 punct pentru rezultatul final Qc = -3,6·10³ J.
Calculați randamentul unui motor termic care ar funcționa după acest ciclu.
Rezolvare
Randamentul este raportul dintre lucrul mecanic util și căldura primită:
Pe un ciclu, energia internă revine la valoarea inițială, deci , de unde . Atunci
Nu este nevoie să calculezi separat căldurile primite pe și : bilanțul energetic pe ciclu le înlocuiește pe amândouă.
Barem
Aceeași problemă. Cerința d: randamentul unui motor termic care ar funcționa după acest ciclu. Barem: 1 punct pentru η = L/Qp, 1 punct pentru Qp = L + |Qc|, 1 punct pentru rezultatul final η = 1/13 ≈ 7,7%.
Alte subiecte de Fizică
- BAC Fizică (Curent continuu + Optică) - iunie 2025 (Varianta 1)
- BAC Fizică (Mecanică + Termodinamică) - iunie 2024 (Varianta 3)
- BAC Fizică (Curent continuu + Optică) - iunie 2024 (Varianta 3)
- BAC Fizică (Mecanică + Termodinamică) - iunie 2023 (Varianta 5)
- BAC Fizică (Curent continuu + Optică) - iunie 2023 (Varianta 5)