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Free · Year 5 of high school · 50 minutes · 15 questions · no penalty

Practice physics class test — Year 5: special relativity.

15 questions drawn at random from a bank of 25, on the block of the programme your teacher is finishing: every attempt is a different test. No penalty for wrong answers, so answer even if you are not sure. At the end you receive by email the correct answer to every question and your weak topics — with an account you see them straight away here on the page. The step-by-step solution unlocks with your first lesson.

A class test is the written test an Italian high-school class sits after each block of the programme; this practice version is multiple choice.

Test in ItalianThe questions of this simulator are in Italian, as in the real exam.

Programme covered by the test
  • The Michelson-Morley experiment and the crisis of the ether
  • Einstein’s two postulates
  • The relativity of simultaneity
  • Time dilation and proper time
  • Length contraction and proper length
  • The twin paradox and cosmic-ray muons
  • Relativistic momentum and energy
  • Rest energy, mass defect and the relation between E, p and m

Two worked examples from the test

Question 1 · Relatività ristretta · Postulati e relatività della simultaneità

Nel 1887 Michelson e Morley confrontarono i tempi di percorrenza della luce lungo i due bracci perpendicolari di un interferometro, mentre la Terra si muove lungo la propria orbita a circa . Se fosse esistito un «etere» in quiete assoluta, la luce avrebbe dovuto impiegare tempi diversi lungo il braccio parallelo al moto della Terra e lungo quello perpendicolare.

Che cosa si osservò?

  • AUno spostamento delle frange di interferenza corrispondente a un vento d'etere di circa , come previsto.
  • BNessuno spostamento delle frange: la velocità della luce risultava la stessa lungo entrambi i bracci, comunque si orientasse l'apparato.correct answer
  • CUno spostamento delle frange, ma soltanto in alcuni mesi dell'anno, quando la velocità orbitale della Terra ha la direzione favorevole.
  • DNessun segnale al rivelatore: lungo il braccio parallelo al moto la luce non riusciva a tornare indietro.

Solution

L'esperimento era progettato per misurare la velocità della Terra rispetto all'etere: ruotando l'interferometro i due bracci si scambiano il ruolo, e le frange di interferenza avrebbero dovuto spostarsi.

Lo spostamento non ci fu, né allora né in nessuna delle ripetizioni successive, sempre più precise. Il «vento d'etere» semplicemente non esiste.

La conclusione è che la velocità della luce nel vuoto non dipende dal moto dell'osservatore né da quello della sorgente: è la stessa in ogni direzione e in ogni riferimento inerziale.

Einstein farà proprio di questo fatto il secondo postulato della relatività ristretta, invece di cercare spiegazioni che salvassero l'etere.

Anche l'ipotesi di un effetto visibile solo in certi mesi è smentita: l'esperimento fu ripetuto in stagioni diverse proprio per escludere una compensazione accidentale, e il risultato fu sempre nullo.

Question 2 · Relatività ristretta · Postulati e relatività della simultaneità

Un vagone ferroviario viaggia a velocità costante lungo un binario rettilineo. Esattamente nel punto centrale del vagone una lampada emette un lampo che si propaga verso le pareti di testa e di coda.

  • Anna è seduta nel vagone: per lei i due lampi percorrono la stessa distanza alla stessa velocità , quindi arrivano simultaneamente.
  • Bruno è fermo sulla banchina e vede passare il vagone.

Che cosa osserva Bruno?

  • AAnche per Bruno i due arrivi sono simultanei: due eventi simultanei lo sono per chiunque.
  • BPer Bruno la luce raggiunge prima la parete di coda, che va incontro al lampo, e dopo quella di testa, che gli sfugge davanti: i due arrivi non sono simultanei.correct answer
  • CPer Bruno la luce raggiunge prima la parete di testa, perché il vagone trascina il lampo in avanti e la sua velocità diventa .
  • DPer Bruno i due lampi viaggiano a velocità diverse, in avanti e all'indietro, e proprio per questo arrivano insieme.

Solution

Per il secondo postulato anche Bruno misura la stessa velocità per entrambi i lampi: le due opzioni con si scartano subito, perché sommano alla luce la velocità del vagone.

Nel riferimento di Bruno, però, le pareti si spostano mentre la luce viaggia: la parete di coda corre incontro al punto in cui il lampo è partito, quella di testa se ne allontana.

Stessa velocità, cammini diversi: il lampo raggiunge prima la coda e poi la testa.

La conclusione è che la simultaneità non è assoluta. Due eventi che avvengono nello stesso istante in un riferimento, ma in punti diversi, non sono simultanei in un riferimento in moto rispetto al primo.

Nessuno dei due osservatori ha torto: Anna e Bruno descrivono correttamente gli stessi fatti in due riferimenti diversi.

In the online practice test you will find 13 more questions like these; the correct answer to every question arrives by email.

Prefer paper? Download the test as a PDF (15 questions, 5 pages · 92 KB, ready to print). You receive the solutions by email after taking it online.

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What a physics test on special relativity looks like

The two postulates stated precisely, a time dilation calculation and a length contraction one with the Lorentz factor, cosmic-ray muons or the twin paradox to explain, and relativistic energy and momentum.

The mistake that costs the grade

Confusing proper time with improper time, and so multiplying by gamma when you should have divided. The rule that saves the exercise: proper time is the shortest and is measured where the two events happen at the same place, proper length is the longest.

How to use this practice test

Take it once cold, without revising and with the timer on: it is there to show you where you stand, not to look good. Then look at your weak topics, revise only those — usually two or three, not the whole chapter — and retake it after a few days. The 15 questions are drawn from a bank of 25, so the second attempt is not the same test and the scores are genuinely comparable.

Is the score not enough?

See which topics lost you the most marks, then read the plan for the maturità from September — or we look at your results together: the diagnostic is free.

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