3B Liceo Scientifico - FISICA a.s. 2019-2020

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

 

profili GeoGebra 3B (link)

elenco di possibili domande di teoria (pdf)

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

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rappresentazione cronologica dell' ECUMENE (link)

Unità di misura nel S.I. (link)

un esercizio di conversione tra m/s e km/h (link)

un esercizio di caduta libera (link)

un esercizio sul moto circolare uniforme (link)

FORMULARIO cinematica (pdf)

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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]

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"

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)

tutto inizia nel 1543 con la pubblicazione del "DE RIVOLUTIONIBUS" (PROEMIO, prefazione e indice in formato pdf con evidenziazioni)
(cfr. testo completo) di Niccolò Copernico

allo scopo di calcolare la giusta durata dell'anno tropico che consentirà successivamente al Pontefice Massimo di promulgare un nuovo calendario

 

 

l'esperimento di Galileo Galilei nella stiva della nave:

dal "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo tolemaico e copernicano " (1632) --> leggi a pag.105

(i tre personaggi rappresentati sul frontespizio sono: da sinistra con la barba lunga è Aristotele quello al centro con il turbante in testa è Tolomeo l'astronomo alessandrino, il suo sistema geocentrico è stato accettato per molti secoli; quello più a destra con abiti più moderni ed uno strumento da astornomo nella mano è Copernico l'astronomo polacco, il suo sistema eliocentrico è stato pubblicato da circa 70 anni ed ancora non è comunemente accettato.
osservazione 1: i tre sono vissuti in epoche molto distanti non potrebbero aver parlato tra loro, a parlare nel dialogo saranno sempre tre personaggi: Simplicio, Salviati e Sagredo
osservazione 2: il personaggio a destra ha caratteristiche somatiche più simili a Galileo che a Copernico
osservazione 3: da una parte Arostotele e Tolomeo di fronte Copernico e Galileo, è questo il senso della sfida: apparentemente due contro uno, ma a ben guardare due contro due, anzi leggendo il testo saranno di fatto Salviati e Sagredo contro Simplicio
osservazione 4: Tolomeo ha in testa un turbante, simbolo degli ottomani (è vero che Tolomeo lavorava alla biblioteca di Alessandria d'Egitto, ma questo avveniva nel II secolo d.C. quando gli egiziani non portavano ancora il turbante. Mettere il turbante a Tolomeo è più di un anacronismo: è un tentativo di farlo identificare come un nemico dell'occidente...)

 

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"

 

 

L'esperimento descritto da Galileo a pag.105 del Dialogo sopra i due massimi sistemi, fu svolto realmente da Pierre Gassendi, intorno al 1640 con una fregata della marina militare francese.
Nel video seguente, tratto dal film Agorà del 2009, l'esperimento viene ricostruito molto realisticamente anche se non vi sono tracce storiche che fu realmente effettuato nel V secolo in cui è ambientata la ricostruzione.

osservazione 5: è per questo libro che Galileo è finito nei guai e fu costretto ad abiurare la teoria copernicana nel 1633
già dal frontespizio si evince che il giuramento del 1616 non è stato propriamente rispettato....

 

 
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:
 

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

ZANICHELLI TEST allenamento sui PRINCIPI della DINAMICA (link)

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il LAVORO e l'ENERGIA (cap.3)

 

appunti Geometria - Goniometria - Trigonometria essenziale (pdf)

 

FORMULARIO il LAVORO e l'ENERGIA (cap.3)

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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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problema 14 pag.157 - calcola il lavoro totale

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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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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

- la forza peso è una forza conservativa

Piano inclinato - la Scomposizione del vettore P (GeoGebra)

Scheda di lavoro con GeoGebra sul piano inclinato (pdf)

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- la forza elastica è una forza conservativa

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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

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ENERGIA POTENZIALE

differenza tra forze conservative e forze non conservative:

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


energia potenziale gravitazionale: U=mgh

energia potenziale elastica:

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

Energia con lo Skateboard
Clicca per eseguire

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

Masse e molle
Clicca per eseguire

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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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Esercitazione sulle unità di misura della dinamica (link)

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Esercitazione sul LAVORO ed ENERGIA - soluzioni (pdf)

ZANICHELLI TEST allenamento sul LAVORO ed ENERGIA (link)

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La QUANTITA' di MOTO (Cap.4)

FORMULARIO la quantità di moto (pdf)

il moto del CENTRO di MASSA

 

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schema riassuntivo unità di misura della dinamica (pdf thanks to A.K. e M.F.)

Esercitazione sulle unità di misura della dinamica (link)

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Esercitazione sulla QUANTITA' di MOTO - soluzioni (pdf)

ZANICHELLI TEST allenamento La quantità di moto (link)

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La DINAMICA dei CORPI in ROTAZIONE (cap.5)

Scheda di lavoro sulla circonferenza goniometrica (pdf)

una ricostruzione dell'esperimento di Hertz del 1888 per dimostrare sperimentalmente l'esistenza di onde e.m.


 

ROLLING CYLINDER (link thingiverse)

Rolling Cylinder (link youtube)

il nostro esperimento in classe (link youtube)

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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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La GRAVITAZIONE (cap.6)

«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

 

lo studio del cielo nell'età classica:

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. 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)
3. 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)

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

(la spiegazione eliocentrica è più semplice, ma anche quella geocentrica funziona):

via GIPHY

 


lo studio del cielo prima del cannocchiale:

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

3. Tycho Brahe (Dk, 1546-1601)

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

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

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


... per aiutare la memoria...

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Le leggi di Keplero (link GeoGebra)


Lo studio del cielo con il canna-occhiale:

4. Galileo (Pisa, 1564-1642)

il Sistema Solare in estrema sintesi:

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la legge di gravitazione universale di Newton e la bilancia di torsione di Cavendish:

        




Gravità e orbite
Clicca per eseguire

 

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%

 

"...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)

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

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la conquista dello spazio, tappe principali (link)

Assenza apparente di peso

Satelliti geostazionari

 

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

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

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ESERCITAZIONE sulla gravitazione (pdf)

Tabella dati Sistema Solare per esercitazione (pdf)

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ZANICHELLI TEST allenamento sulla legge di gravitazione universale (link)

Altri problemi di fine capitolo sulla gravitazione (pdf)

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