3B Liceo Scientifico - FISICA a.s. 2021-2022

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"Una legge fisica è una regolarità della natura esprimibile in forma matematica" (Richard Feynman, USA 1918-1988)

 

DaD - Didattica a Distanza 2021-2022

GOOGLE CLASSROOM: codice corso 3B FISICA: qg3vfnt
(utilizzare le credenziali di Google Suite già fornite dal liceo - tutorial come iscriversi)


profili GeoGebra 3B (link)

elenco di possibili domande di teoria (pdf)

 


la stella nascosta di Samuel Loyd (pdf)

rappresentazione cronologica dell' ECUMENE (link)

Calcolatrici ammesse esame di stato (nota MIUR - circolare 105)

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CAP.10 LAVORO ed ENERGIA

FORMULARIO LAVORO ed ENERGIA (pdf)

prodotto scalare e coseno di un angolo (pdf, per ora solo la parte sul Teorema di Pitagora)

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Teorema dell'energia cinetica:
" la variazione di energia cinetica ΔK di un corpo è uguale al lavoro L della forza totale che ha agito su di esso:"

ΔK=L

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il lavoro di una forza è numericamente uguale all'area della porzione di piano che si trova sotto al grafico della forza compresa tra i punti iniziale e finale dello spostamento:

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calcola il lavoro totale

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la CONSERVAZIONE dell'energia meccanica con lo skateboard (simulazione PhET)

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la CONSERVAZIONE dell'energia meccanica con le molle (simulazione PhET)

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una forza si dice CONSERVATIVA
quando il lavoro che essa compie su un corpo che si sposta dal punto inziale A al punto finale B
non dipende dalla traiettoria percorsa ma solo dalla posizione dei punti iniziale A e finale B

differenza tra forze conservative e forze non conservative (PWW):

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ENERGIA POTENZIALE

Energia Potenziale U di un sistema (può essere associata solo ad una forza conservativa):
dopo aver scelto un arbitrario stato zero in cui l’energia potenziale è posta nulla, UP=-LO->P

variazione di energia potenziale: ΔU=UB-UA=-LA->B

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- la FORZA PESO è una forza conservativa (in assenza di attriti rilevanti)

Piano inclinato - la Scomposizione del vettore P (GeoGebra)

Scheda di lavoro con GeoGebra sul piano inclinato (pdf)

il Lavoro di una forza conservativa lungo un percorso chiuso è nullo

conseguenza: il lavoro che una forza conservativa compie in un percorso da A verso B
è l'opposto del lavoro che tale forza compie da B verso A

energia potenziale gravitazionale: U=mgh

 

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- la FORZA ELASTICA è una forza conservativa

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nergia potenziale elastica:

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in un sistema isolato in cui agiscono solo forse conservative l'energia meccanica totale si conserva

Emeccanica totale = K + U = costante

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La variazione di energia meccanica di un sistema isolato è uguale al lavoro compiuto dalle forze non conservative

ΔE = Efinale-Einiziale = Lnon conservative

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PRINCIPIO di CONSERVAZIONE dell'ENERGIA: "In un sistema isolato, l'energia totale si conserva"

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La potenza P definita come il rapporto fra il lavoro compiuto e l'intervallo di tempo Δt per compierlo

La potenza istantanea erogata da una forza F ad un corpo in moto con velocità v vale:

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prima rivoluzione industriale nazione anno potenza  
macchina di Savery UK 1702 0,7kW
macchina di Newcomen UK 1732 9kW
macchina di Watt UK 1778 10kW
prima locomotiva di Trevithick
"Penydarren" a correre su binari
(ricostruzione al museum Wales)
UK 1804 circa
1HP
=735W
prima locomotiva efficace fu la Rocket di George Stephenson UK 1829 circa 10HP
=7,35kW

 

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ZANICHELLI TEST allenamento sul LAVORO ed ENERGIA (link)

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Esercitazione sul LAVORO ed ENERGIA - soluzioni (pdf)

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CAP.1 SISTEMI di riferimento INERZIALI e non INERZIALI

1° PRINCIPIO o principio di inerzia

l'esperimento di Galileo Galilei (Pisa, 1564-1642):

da "Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti alla meccanica e ai movimenti locali " (1638)

--> leggi a pag.98 (testo evidenziato sul principio di inerzia)

--> leggi a pag.88 (esperimento della nave a pag.89 esperimento del cavallo)

--> leggi a pag.36-37 (sulla caduta dei gravi)

 

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(oppure leggi questa sintesi molto semplifica o questa più completa)

MEMEX: gli esperimenti ideali (breve videolezione 7')

 

i principi della dinamica RIPASSO e RICHIAMI:

“Nello studio della fisica, il principio d’inerzia e il concetto di forza sono stati, storicamente, due degli scogli più duri per gli studenti[…]. Non è sorprendente che il problema didattico in questo campo sia così difficile da risolvere, se si tiene conto di quanto tempo fu necessario all ’inizio alla mente umana per chiarire questi aspetti dei fenomeni naturali. Coloro che affrontano tale studio per la prima volta devono sempre esaminare di nuovo almeno alcuni degli ostacoli e delle difficoltà originali.” [Arons, 1992]

1° PRINCIPIO o principio di inerzia:
"Un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché non interviene una causa esterna a variare il suo stato"

principio di relatività Galileiano: "le leggi della meccanica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali"
oppure: "non è possibile distinguere con esperimenti meccanici due sistemi inerziali in M.R.U. l'uno rispetto all'altro"

 

2° PRINCIPIO o principio fondamentale della dinamica:
In un sistema inerziale, una Forza che agisce su un corpo di massa m ne provoca una accelerazione a tale che:

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3° PRINCIPIO o principio di azione e reazione:
"quando due corpi interagiscono la forza che il primo esercita sul secondo ha stesso modulo, stessa direzione e verso opposto a quella che il secondo corpo esercita sul primo"

osservazione 1: non esistono forze singole, ma coppie di forze

osservazione 2: è arbitrario stabilire quale sia la azione e quale la reazione

osservazione 3: l'azione e la reazione sono forze che agiscono su corpi diversi

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sistemi NON inerziali e forze apparenti

 

"si chiama forza apparente, una forza che non è prodotta da una interazione fisica, ma che si osserva in un sistema di riferimento NON inerziale a causa della accelerazione del sistema stesso" (pag.129)

si potrebbe dire che le forze apparenti sono forze che "appaiono" solo se mi trovo in un sistema di riferimento NON inerziale

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di seguito consideriamo le seguenti forze "apparenti"

- peso "apparente"     

- forza centrifuga    

- forza di Coriolis    

la forza di Coriolis nel film "fuga dall'inferno" del 2013

G.B. Guglielmini e la dimostrazione della rotazione terrestre (1790) - n.34 pag.144 (pdf)

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I Moti della Terra secondo Copernico (1543) (cfr. capitolo XI)

I Moti della Terra (Planetario di Padova - 1'23")

"Siete tutti invitati a vedere la Terra girare nella Sala Meridiana presso l’Osservatorio
Astronomico di Parigi, 11 febbraio 1851", F. Arago

il pendolo di Focault (1851)

modello di pendolo di Focault UniPadova

oscillazioni del pendolo di Focault UniPadova

il pendolo di focault (Superquark)

il Pendolo di Foucault a Valencia

animazione e visualizazione della forza di Coriolis e della forza Centrifuga

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MALMOE, giallo sulla bilancia (PDF La Gazzetta dello Sport 24/08/2005)

 

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CAP.2 IMPULSO e Quantità di Moto

Le sfere di Newton's #1 (di Christiaan Huygens, Royal Society nel 1662)

Le sfere di Newton's #2 (di Christiaan Huygens, Royal Society nel 1662)

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il moto del CENTRO di MASSA

 

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FORMULARIO Impulso, quantità di moto e urti (pdf)

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TEST1: Esercitazione sulle unità di misura della dinamica (link)

Esercitazione Sistemi di Riferimento non inerziali, Quantità di moto e impulso (Cap.1 e 2) - soluzioni (pdf)

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CAP.3 Cinematica e Dinamica Rotazionale

 

la "rigatura" di un cannone austriaco della 1° Guerra Mondiale (museo della guerra di Vienna)





La conservazione del momento angolare:

 

ROLLING CYLINDER (link thingiverse)

Rolling Cylinder (link youtube)

il nostro esperimento in classe (link youtube)

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Rolling Cylinder:

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Fidget spinner:

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Who will win the race?

Bet on blue or green or brown or red and clic to start the race...

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ZANICHELLI TEST allenamento La dinamica dei corpi in rotazione (link)

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CAP.4 la GRAVITAZIONE

«È opinione comune che la terra stia ferma; ma Filolao Pitagorico dice che gira intorno al fuoco secondo un circolo obliquo, così come il sole e la luna. Eraclide Pontico ed Ecfanto Pitagorico fanno muovere la terra, non però di moto traslatorio, ma rotatorio, infilata in un asse a guida di ruota e girante intorno al proprio centro da occidente a oriente PLUTARCO, De placitis philosophorum, III, cap. 1,3 (I sec.D.C.)

 

lo studio del cielo nell'età classica:

«E doveva pensare [Timeo] che la Terra non fosse immobile attaccata all’asse del mondo, ma facesse piuttosto un’intera rivoluzione attorno a questo come affermarono Aristarco e Seleuco: l’uno «assumendolo come ipotesi», l’altro «dimostrandolo ». Del resto anche Teofrasto racconta che Platone in tarda età si pentì d’aver posto la Terra al centro del cosmo, non essendo affatto convinto di questa collocazione»;
Platonicae quaestiones , VIII, I; Moralia, 1006C; Plutarco 2006
»

il sistema GeoCentrico o TOLEMAICO                          -                            il sitema ElioCentrico o COPERNICANO:

ALMAGESTO                                                    -                                            De RIVOLUTIONIBUS ORBIUM PLANETORUM LIBRI SEX

                              

1. Aristarco di Samos (Gr, 310 a.C. - 230 a.C.)

un omaggio ad Aristarco di Samos:

prima ipotesi di sistema eliocentrico; prime stime distanza terra-luna e terra-sole. La sua ipotesi rimase minoritaria per secoli non potendo spiegare:

1. l'elevata velocità della Terra se questa ruotasse attorno al proprio asse e se rivoluzionasse attorno al Sole (il principio d'inerzia sarà formulato da Galileo nel 1632)

2. il problema della caduta verticale dei gravi (il principio d'inerzia sarà formulato da Galileo nel 1632)

3. l'assenza di vento durante il moto della Terra e quindi l'esistenza del vuoto (di cui ne sarà dimostrata l'esistenza intorno al 1650)

4. l'assenza di parallasse nelle stelle che dovrebbe essere visibile se la Terra rivoluzionasse attorno al Sole (nemmeno il grande quadrante di Tycho la rilevò, la prima misurazione di parallasse stellare fu nel 1838)

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Altro problema da affrontare è come spiegare il moto retrogrado dei pianeti

il moto retrogrado di Marte a marzo 2003:

il moto retrogrado di Giove e di Saturno danno luogo ad una straordinaria tripla congiunzione nell'anno -6,
vicino al punto vernale nella costallazione dei pesci (in 26 secondi sono rappresentati 9 mesi di osservazioni):

ecco come il modello GeoCentrico e quello Eliocentrico forniscono una spiegazione di questo fenomeno:
     

Moto Retrogrado secondo il modello GeoCentrico

 

Moto Retrogrado secondo il modello ElioCentrico

TUTORIAL: Moto Retrogrado secondo il modello ElioCentrico (thanks to Fi.Va.)

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lo studio del cielo prima del cannocchiale:

L'astronomia non nasce col telescopio, nasce con la matematica...

2. Copernico (Pl, 1473-1543) - il problema del calendario

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3. Tycho Brahe (Dk, 1546-1601)

il modello Ticonico (pdf)

il modello Ticonico (Thanks to Lu.La.)

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4. Keplero (De, 1571-1631)

"Poiché la bontà divina ci ha dato in Tycho Brahe un diligentissimo osservatore, e poiché i suoi dati ci indicano che nei calcoli vi è un errore di 8 minuti [8' di grado corrispondono a circa un quarto del diametro della Luna], dobbiamo riconoscere e onorare con gratitudine questo favore divino [....] Non potendo essere ignorati questi 8 minuti hanno, da soli, aperto la strada al cambiamento dell'intera astronomia: su di essa è costruita la maggior parte di questo lavoro" (Astronomia Nova, 1609)

Sistema solare secondo Keplero nel Mysterium Cosmographicum (1596).
Con il proseguire dei suoi studi astronomici, in seguito Keplero abbandonò questo modello
qui ricostruito con la nostra stampante 3D

una bella, anche se anacronistica, ricostruzione della intuizione della prima legge di Keplero:



correva l'anno 1571
(anno della battaglia di Lepanto e anno di nascita di Keplero, un epoca veramente difficile...)

 

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Le leggi di Keplero (link GeoGebra)

Tabella dati Sistema Solare (pdf)

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...e... per aiutare la memoria...



Lo studio del cielo con il canna-occhiale:

  5. Galileo (Pisa, 1564-1642)

il Sistema Solare in estrema sintesi:

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NOWTON e la legge di gravitazione universale

"...e lo stesso anno [1666] cominciai a pensare alla gravità che si estende fino all'orbita della Luna, e avendo scoperto come calcolare la forza con cui un globo che ruota all'interno di una sfera preme contro la superficie della sfera, dalla legge di Keplero dei periodi dei Pianeti che sono in proporzione sesquilatera con le distanze dal centro delle loro orbite, dedussi che le forze che trattengono i Pianeti nelle loro Orbite devono essere reciproche ai quadrati delle loro distanze dai centri attorno a cui ruotano: e così paragonai la forza richiesta per trattenere la Luna nella sua orbita con la forza della gravità sulla superficie della Terra e trovai che esse corrispondevano piuttosto bene. Tutto ciò avvenne nei due anni della peste del 1665 e del 1666, poichè in quegli anni ero nel fiore della mia età creativa e mi dedicai alla Matematica e alla Filosofia più di quanto abbia mai fatto in seguito." Isaac Newton (UK, 1642-1727)




essendo G la costante di Cavendish:

Newton si limitò a fornirne una stima numerica, la prima misurazione accurata di G fu calcolata la bilancia di torsione da Henry Cavendish:

        

Laboratorio Gravità

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Gravità e orbite

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Come fece Newton?
       scheda di lavoro: la mela di Newton (pdf)

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ma quanto pesa la Terra?


Atlante Farnese sostiene l'universo

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    scheda di lavoro: stimare la massa della Terra (pdf)

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Composizione chimica della Terra (MT=5,98x1024kg - densità media 5470 kg/m3)

elemento densità percentuale
ferro 7960 kg/m3 32,1%
ossigeno 1,429 kg/m3 30,1%
silicio 2330 kg/m3 15,1%
magnesio 1740 kg/m3 13,9%
zolfo 1960 kg/m3 2,9%
nichel 8800 kg/m3 1,8%
alluminio 2700 kg/m3 1,4%
altri elementi --- 1,2%

 

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la conquista dello spazio, tappe principali (link)

Assenza apparente di peso

Satelliti geostazionari

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Tabella dati Sistema Solare per esercitazione (pdf)

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