Teli Daniele
Classe: 5^D L.S.T
A.S 2013/2014
TESINA DI MATURITÀ
I.S.I.S "GIULIO NATTA"
LICEO SCIENTIFICO TECNOLOGICO
Via Europa 15 - 24125 Bergamo
L’UOMO E LA POTENZA
DELLA NATURA
Materie coinvolte:
Scienze della terra
Italiano
Filosofia
Fisica
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Teli Daniele
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A.S 2013/2014
Indice
1.
Introduzione .............................................................................................................................................. 4
2.
I terremoti ................................................................................................................................................. 4
2.1
Terremoti tettonici ................................................................................................................................ 5
2.2
Terremoti vulcanici ................................................................................................................................ 5
2.3
Punti cardine di un terremoto ............................................................................................................... 5
2.4
Onde sismiche ....................................................................................................................................... 6
2.5
Sismografia e i due tipi di scale ............................................................................................................. 6
3.
Giovanni Pascoli ........................................................................................................................................ 8
3.1
Le tre poesie .......................................................................................................................................... 8
3.2
Commento ............................................................................................................................................. 9
3.3
Myricae .................................................................................................................................................. 9
4.
4.1
5.
Cos’è il tempo ......................................................................................................................................... 11
Eterno ritorno di Nietzsche ................................................................................................................. 11
I fulmini ................................................................................................................................................... 13
5.1
Carica Elettrica ..................................................................................................................................... 14
5.2
Legge di Coulomb ................................................................................................................................ 15
5.3
Campo elettrico ................................................................................................................................... 15
5.4
Potenziale Elettrico .............................................................................................................................. 17
5.5
Condensatore e dielettrico .................................................................................................................. 18
6.
Sitografia/bibliografia............................................................................................................................. 19
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Monaco in riva al mare, Caspar David Friedrich
Appartenente alla corrente del romanticismo nel quale si denota la solitudine, l’angoscia dell’uomo davanti
all’infinito e allo spettacolo della natura misteriosa. La natura è eccessiva, supera la misura umana;
dalla paura e dall’angoscia deriva un fatto di repulsione.
La natura spaventa ma contemporaneamente affascina.
Si può quindi capire perfettamente l’immensità della natura a confronto con l’inferiorità dell’uomo.
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1. Introduzione
L’uomo è un mammifero caratterizzato dalla stazione eretta, dallo sviluppo straordinario del cervello, delle
facoltà psichiche e dell'intelligenza, dall'uso esclusivo del linguaggio simbolico articolato e dalla
conseguente capacità di fondare, trasmettere e modificare una cultura.
La natura è il complesso degli esseri viventi, delle forze, dei fenomeni che hanno in sé un principio
costitutivo che ne stabilisce l’ordine e le regole. Inoltre natura indica anche un ambiente fisico poco
condizionato o modificato dall’intervento dell’uomo.
Uomo e natura sono spesso in comunicazione tra loro. Molte volte dalla loro collaborazione nascono cose
utili e accettabili, molte altre volte i due mondi non collaborano e ciò porta a disastri e incomprensioni. Se
dovessi parlare di insiemistica direi che l’uomo è contenuto nella natura. La natura è modificabile
dall’uomo, l’uomo in alcuni aspetti è in grado di controllarla a proprio vantaggio ma in molti altri la natura è
incontrollabile. L’uomo ama e teme la natura.
2. I terremoti
Ci sono calamità naturali che hanno portato e portano tutt’ora disagi all’uomo. Una situazione che noi
italiani abbiamo vissuto da vicino è il terremoto all’Aquila risalente al 6 Aprile 2009. L’epicentro di questo
terremoto fu situato tra le località di Roio Colle, Genzano e ColleFracido. La scossa devastante è stata
preceduta da una serie di scosse, scientificamente, “sciame sismico”. La scossa distruttiva avvenne il
6/04/2009 alle ore 03:32 con una magnitudo momento di 6,3 Mw. Il dato che sconcerta è che nelle
successive 48 ore ci furono state altre 256 scosse di cui 56 oltre la magnitudo 3,0Ml. L’area interessata nella
quale si è innescata la scossa è un area dell’Appennino con livello 2 della scala di riferimento del rischio
sismico. Nella zona dell’aquila risulta esserci una ciclicità sismica con un periodo di circa 300-500 anni.
I terremoti per i loro effetti devastanti su regioni intensamente popolate, si possono considerare tra gli
eventi naturali più temuti dall’uomo. All’anno vengono avvertiti 1 milione circa di terremoti, la maggior
parte microsismi, ma una ventina circa di terremoti vengono considerati macrosismi.
I terremoti consistono in violente vibrazioni del terreno provocate da una rapida liberazione di energia
meccanica all’interno della litosfera. L’energia meccanica che si sviluppa nella zona perturbata si propaga
sotto forme di onde elastiche in tutte le direzioni.
Le cause di un terremoto possono essere così suddivise:
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2.1
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Terremoti tettonici
Sono provocati dai movimenti delle placche litosferiche e sono più frequenti e devastanti.
2.2
Terremoti vulcanici
Sono legati all’attività vulcanica e consistono in vibrazioni del terreno generate dal movimento del magma
che risale verso la superficie attraverso la crosta terrestre.
Dopo il violento terremoto avvenuto in California nel 1906 venne elaborata “ la teoria del rimbalzo elastico”
la quale afferma che le zone della litosfera interessate dai fenomeni sismici sono quelle nelle quali le rocce
poste ad una certa profondità subiscono per lunghissimo tempo pressioni orientate di forte intensità. La
massa rocciosa, deformandosi, accumula energia e se la forza continua ad agire, la tensione supera il suo
limite di elasticità e la massa si spacca improvvisamente nel punto di massima debolezza, detto ipocentro
del terremoto. La faglia è la frattura che si crea nel blocco di rocce.
Quando i blocchi rocciosi scorrono lungo i margini della faglia, liberano l’enorme quantità di energia
accumulatasi in centinaia di anni propagandosi sotto forma di onde sismiche. La faglia si definisce attiva
quando continuano ad agire le tensioni che deformano i blocchi rocciosi ai due lati della frattura.
L’energia che si accumula nelle rocce non si libera allo stesso modo. C’è una scossa principale la quale può
essere preceduta da delle scosse premonitrici di lieve entità e seguita da delle scosse di assestamento fino a
che le rocce non hanno raggiunto il nuovo equilibrio. Quando delle scosse si ripetono per mesi o anni esse
vengono definite repliche.
Le sequenze sismiche possono essere di due tipi:
-Periodo sismico quando si distingue in scossa principale, preceduta da scosse premonitrici seguita da una
serie di repliche.
-Sciame di terremoti quando si verifica una successione di eventi di energia simile.
2.3
Punti cardine di un terremoto
L’ipocentro: è il punto più interno della litosfera in cui si origina il terremoto. A profondità variabili si
distinguono in terremoti:
-Superficiali se l’ipocentro è situato a profondità inferiore a 70 km.
-Intermedi se posto fra i 70km e i 300km
-Profondi se localizzato fra i 300km e i 700km.
L’epicentro: è il punto della superficie terrestre, situato verticalmente sull’ipocentro. Tanto più il terremoto
si origina in profondità, tanto più è vasta l’area interessata ma meno violenta la sua forza distruttrice.
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2.4
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Onde sismiche
Le onde sismiche: sono considerate onde elastiche e provocano vibrazioni delle particelle che compongono
le rocce. Si distinguono in:
-Onde longitudinali o onde P: sono le più veloci e arrivano per prime in superficie. Nella stessa direzione di
propagazione dell’onda, si generano in successione compressioni e dilatazioni che fanno variare il volume
della roccia. Questo tipo di onde attraversano materiali allo stato solido, fluido, liquido e gassoso.
-Onde trasversali o onde S: fanno compiere alle particelle di roccia delle oscillazioni perpendicolari alla
direzione di propagazione. La roccia subisce variazioni di forma, ma non di volume. Si propagano solo
attraverso i solidi.
-Onde superficiali o onde L: si originano nell’epicentro e derivano da complesse interazioni delle onde P e S
con la superficie terrestre. Si dividono nella onde di Rayleigh e nelle onde love.
L’energia liberata da un terremoto, scuote il suolo con movimenti verticali e orizzontali che vengono
avvertiti come scosse. Queste vengono definite sussultorie se nel moto oscillatorio prevale la componente
verticale e ondulatorie se prevale la componente orizzontale.
2.5
Sismografia e i due tipi di scale
La scienza che si occupa dello studio dei terremoti è la sismologia. Lo strumento utilizzato per il rilevamento
delle onde è il sismografo. La registrazione delle scosse di un terremoto è un tracciato denominato
sismogramma. Le informazioni che i sismologi ricavano dalla lettura di un sismogramma sono: la posizione
dell’epicentro, la profondità dell’ipocentro e la grandezza del sisma.
Con questi strumenti si è potuto capire l’andamento delle diverse onde sismiche.
-le onde P sono rappresentate da oscillazioni regolari di ampiezza piccola e breve periodo.
-le onde S sono rappresentate da oscillazioni meno regolari di ampiezza maggiore e di periodo più lungo.
-le onde L sono rappresentate da oscillazioni irregolari di ampiezza elevata e durata maggiore.
La valutazione della forza di un sisma può essere valutata attraverso due scale: la scala Mercalli e la scala
Richter.
La scala Mercalli fu messa a punto dal sismologo italiano Giuseppe Mercalli nel 1902. Questo tipo di scala
non si basa su di una misurazione scientifica ma valuta l’intensità del fenomeno, ossia gli effetti prodotti in
superficie dalle scosse. Essa assegna ad ogni terremoto un grado di intensità che va da I a XII. Le scosse
inferiori al V grado provocano vibrazioni e scuotimenti senza produrre veri e propri danni; quelle dal VI al
VIII causano lesioni più o meno gravi agli edifici; quelle superiori al IX provocano crolli di edifici e frane.
La scala Mercalli non è ritenuta scientifica in quanto la sua valutazione di intensità dipende dalla natura del
terreno, dalla densità di popolazione e dalle abitazioni.
La scala Richter fu ideata dal sismologo Charles Richter ed è una scala che valuta la forza di un terremoto
basandosi sulle registrazioni dei sismografi e l’unità di misura è la magnitudo, ovvero l’energia che si libera
nell’ipocentro del terremoto. La scala Richter si definisce una scala strumentale che esprime la violenza
reale di un terremoto attraverso la magnitudo ed è inoltre una scala logaritmica in quanto è legata dalla
relazione:
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M=log10A/A0+B A0 è il terremoto di riferimento a magnitudo 0.
Dove:
M= magnitudo;
A= ampiezza massima delle oscillazioni prodotte dal sisma sotto osservazione;
A0= Ampiezza delle oscillazioni prodotte dal scisma di riferimento;
B= fattore di correzione che considera la distanza della stazione di rilevamento dall’epicentro.
Un ‘altro tipo di scala è la scala di magnitudo del momento sismico. La magnitudo momento (Mw) deriva
dal parametro sismologico momento sismico.
Momento= (area della faglia)*(valore medio dell’entità dello spostamento lungo la faglia)*(rigidità delle
rocce).
In Italia si può affermare che più dell’ 80% del territorio è soggetto ad attività sismica significativa. Il rischio
sismico è elevato per due motivi che sono la vulnerabilità e l’esposizione del territorio e la presenza di una
sismicità piuttosto superficiale. La nostra penisola è continuamente monitorata dall’istituto Nazionale di
Geofisica e Vulcanologia.
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3. Giovanni Pascoli
L’uomo tende ad avere paura dei potenti fenomeni che provoca la natura. La tendenza di noi uomini è
quello di rifugiarsi, trovare un rifugio.
Ci sono persone che sono attratte da certi fenomeni naturali e ci dedicano persino delle poesie. Un esempio
lampante è Giovanni Pascoli. Giovanni Pascoli nacque a San Mauro di Romagna il 31 dicembre 1855. Nel
1867, il padre, mentre tornava a casa su un calessino trainato da una cavalla storna, rievocata in una
poesia, fu ucciso. Non si seppe mai chi fosse l’assassino ed il delitto rimase perciò impunito. Poco dopo la
morte del padre il Pascoli perse anche la madre e le due sorelle: e la famiglia, composta prevalentemente di
ragazzi, cadde nella miseria e nel dolore. Non c’è ribellione nella sua poesia, ma rassegnazione al male, una
certa passività di fronte ad esso: vi domina una malinconia diffusa nella quale il poeta immerge tutto:
uomini e cose. Egli accetta la realtà triste come è, e si sottomette al mistero che non riesce a spiegare. La
sua poesia non ha una trama narrativa e non è neppure descrittiva: esprime soltanto degli stati d’animo,
delle meditazioni. E' l’ascolto della sua anima e delle voci misteriose che gli giungono da lontano: dalla
natura o dai morti.
3.1
Le tre poesie
Temporale
Un bubbolìo lontano…
Rosseggia l’orizzonte,
come affocato, a mare;
nero di pece, a monte,
stacci di nubi chiare:
tra il nero di un casolare:
un’ala di gabbiano.
Il lampo
E cielo e terra si mostrò qual era:
la terra ansante, livida, in sussulto;
il cielo ingombro, tragico, disfatto:
bianca bianca nel tacito tumulto
una casa appari sparì d’un tratto;
come un occhio,che, largo, esterrefatto,
s’aprì si chiuse, nella notte nera.
Giovanni Pascoli, nato nel 1855- morto nel 1912.
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Il tuono
E nella notte nera come il nulla,
a un tratto, col fragor d’arduo dirupo
che frana, il tuono rimbombò di schianto:
rimbombò, rimbalzò, rotolò cupo,
e tacque, e poi rimaneggiò rifranto,
e poi vanì. Soave allora un canto
s’udì di madre, e il moto di una culla.
3.2
Commento
Il motivo centrale delle liriche è la contrapposizione tra la natura minacciosa e il nido-casa, rifugio degli
affetti famigliari. In Temporale fra il nero di pece delle nuvole minacciose si intravede un casolare, un luogo
di rifugio, e in Il lampo una casa nella notte cupa appare bianchissima allo sprigionarsi della luce, per poi
scomparire nel buio che quasi misteriosamente la inghiotte. Il tuono si chiude con il canto di una madre che
immaginiamo china a confortare il pianto di un bambino spaventato.
La tecnica compositiva utilizzata da Pascoli accosta i dati reali e i particolari del paesaggio senza legami
logici. Nelle tre liriche il poeta proietta nella natura la sua inquieta sensibilità e il suo turbamento interiore;
il significato simbolico dei versi è aperto all’interpretazione del lettore. Il fenomeno meteorologico del
lampo può esprimere simbolicamente l’angoscia improvvisa dell’uomo di fronte al dolore dell’esistenza e al
male del mondo, nel quale non è possibile cogliere un ordine razionale, né rapporti logici ben definiti.
Nei tre componenti Pascoli impiega una sintassi paratattica, anche se le liriche presentano caratteristiche
proprie. In Temporale è frequente lo stile nominale; un solo verbo regge tutta la costruzione e acquista
valore quasi di aggettivo a confermare la mancanza di azione. Il lampo è caratterizzato dalla presenza di
unico periodo che esprime analogicamente l’immediatezza della luce. Infine, nei due periodi di Il tuono
prevalgono frasi coordinate con otto verbi in sette versi.
3.3
Myricae
Queste tre poesie sono all’interno della raccolta Myricae, composta da centocinquantasei componimenti.
L’opera è suddivisa in quindici sezioni ciascuna delle quali raggruppa componimenti caratterizzati dalla
stessa forma metrica. Pascoli crea una poesia di “fuga” e di “evasione” nel proprio passato, ritornando
costantemente con la memoria all’infanzia, per recuperare una capacità di intuizione. Egli ricerca in sé la
voce del fanciullino, l’innocenza di un bambino che può intuire e rilevare analogie misteriose tra le cose.
Al lirico-simbolico si accompagna un linguaggio poetico multiforme, che pur muovendosi nell’ambito della
tradizione, assume carattere sperimentale e innovativo. Introduce le onomatopee. Il linguaggio è analogico,
la sintassi frantumata in frasi brevi e spesso nominali, con successione di sostantivi. Il lessico, talora tecnico,
rompe con i termini aulici. Pascoli è un poeta simbolista, perché considera la poesia superiore alla
conoscenza scientifica e le affida la funzione di cogliere la corrispondenza tra i differenti aspetti della realtà
e di intuire il profondo significato delle cose.
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La sua tecnica di rappresentazione della natura e degli oggetti è solo in apparenza realistica e oggettiva ma
Pascoli è convinto che dietro le cose ci sia un significato non percepibile con la ragione.
Pascoli offre al lettore una percezione inedita della realtà, come se la osservasse per la prima volta, cosi
che le cose umili acquistano impreviste connotazioni simboliche. È come se gli oggetti contenessero un
nucleo misterioso, che il poeta intuisce e suggerisce a piccole dosi, con rapide descrizioni. I particolari della
natura non esprimono qualcosa di preciso, manca un centro di prospettiva, i punti di vista si moltiplicano e i
particolari prevalgono sull’insieme, per comunicare solo l’angoscia dell’io e il mistero insolubile del mondo.
La tecnica impressionistica di pascoli non si basa su dati oggettivi e naturalistici ma impressioni,
rappresentando le cose non come “sono” ma come le “sente”. Egli è maestro nel rendere i colori e le luci di
particolari fenomeni atmosferici (Temporale), che definisce con esattezza terminologica, ricorrendo a
immagini delicate e a macchie di colore in cui i contorni si sfumano.
Il brontolio di un tuono che prelude a un Temporale o il bagliore improvviso di un lampo che squarcia il
buio sono presentati in una forma poetica impressionistica, che simultaneamente associa una serie di
immagini uditive, visive, coloristiche.
I temi presenti in Myricae sono:
- la morte a causa dell’uccisione del padre e le sventure famigliari che lasciarono una traccia profonda nella
sensibilità di Pascoli e suscitarono in lui la convinzione che la morte incombe su tutto, che la vita è mistero
e angoscia. Di qui la insoddisfazione religiosa, la sua ansia di capire la morte inesplicabile e, nel contempo,
esorcizzarla.
-il nido ovvero rifugio dalla violenza della vita e dalla storia.
-la natura, la campagna, la stessa vita quotidiana offrono a Pascoli i simboli ideologici, sentimentali e storici
della sua visione del mondo, chiusa ai rapporti sociali e fondata sugli affetti viscerali del nido, cui si
uniscono i tenaci legami con i morti.
Il messaggio centrale di Myricae è proprio l’incombere della morte, che il poeta decifra traducendo il
linguaggio misterioso della natura e delle piccole cose.
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4. Cos’è il tempo
Uno tra gli elementi della natura che spaventa di più l’uomo è il tempo. Molti non considerano il tempo
come “natura” ma esso sta proprio alla base di essa. Senza il tempo, senza lo scorrere dei minuti nulla
esisterebbe. L’uomo non può niente contro il tempo. Scientificamente Il tempo è un concetto
inscindibilmente legato alla natura e all'esperienza dell'uomo; esso viene posto, insieme con il concetto
di spazio, a fondamento dei modelli, costruiti dall'uomo, dell'Universo e dei fenomeni che in esso accadono.
Fisicamente è una grandezza relativa, definita solo attraverso il metodo usato per la sua misurazione. La
nozione di tempo, dal punto di vista metrologico, va esaminata nei due aspetti della scala di tempo e
dell'unità di tempo; una scala di tempo è una successione ininterrotta di fenomeni che permette di stabilire
una cronologia, cioè di assegnare una data a ogni altro evento; conoscendo la meccanica, ovvero l'insieme
delle leggi fisiche che concorrono a formare la scala, le date possono essere espresse in tempo uniforme,
che a sua volta può essere impiegato per l'interpretazione di ogni altro fenomeno naturale.
4.1
Eterno ritorno di Nietzsche
La vita di ogni essere presente sulla terra dipende dal tempo. L’uomo dipende dal tempo. La vita presente
di un uomo è schiacciata dal presente e dal passato. Ci sono filosofi e intellettuali che hanno tentato di
vivere e far vivere la vita con un indipendenza maggiore dal tempo. Uno tra questi è Nietzsche.
Egli, nella seconda delle quattro considerazioni inattuali, è contro l’esaltazione della storia e lo storicismo
tipici dell’800, considerati da Nietzsche sintomi di una cultura decadente. Secondo il suo parere l’eccesso di
storia inibisce la vita in quanto condiziona, inibisce, fa sentire inutili e trasforma in epigoni.
Per risolvere il problema della società in cui viveva Nietzsche partì dalla riflessione sul carattere temporale
dell’esistenza umana. L’uomo è un animale storico perché ricorda: la sua esistenza abbraccia
inevitabilmente il passato e questo gli impedisce di vivere pienamente il presente in quanto vissuto come
qualcosa destinato a passare; l’esistenza è percepita come qualcosa di inevitabilmente incompiuto.
Secondo il filosofo azione, pienezza e felicità richiedono oblio: bisogna vivere in modo non storico
valorizzando il presente. Per l’uomo è inevitabile ricordare ma secondo Nietzsche c’è un modo di ricordare
e volgersi al passato che permette di non rimanere invischiati: bisogna considerarlo e utilizzarlo in funzione
della vita. Considerò tre modi di fare storia:
-Storia Monumentale: permette la ricerca nel passato di esempi di grandezza ed infonde coraggio a chi ha
alte aspirazioni ma può portare a temerarietà e fanatismo
-Storia Antiquaria: permette di preservare il passato ed aiuta a riconoscere le proprie radici ma esiste il
rischio di venere rare il passato in quanto è passato.
-Storia Critica: permette di criticare il passato e quindi di liberarsi da esso ma esiste il rischio di mantenersi
nel momento distruttivo, senza dedicarsi a nulla di nuovo.
Tutte le degenerazioni dipendono dal non considerare il passato nell’ottica della vita.
Nell’ ”eterno ritorno”, Nietzsche introdusse la figura dell’oltre uomo che è colui che accetta la vita nella
sua totalità e riesce a dare un senso all’esistenza in assenza di certezze assolute grazie alla volontà di
potenza che permette di dare interpretazioni vitali e non assolute. La volontà si scontra con il tempo in
quanto il passato è inamovibile ed è impossibile vivere con pienezza il presente in quanto schiacciato dal
passato e il futuro. Ciò vale nella concezione lineare del tempo, tipica della cultura occidentale dell’epoca.
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A questa teoria il filosofo contrappone la teoria dell’Eterno Ritorno che consiste in una visione circolare del
tempo nella quale tutto ritorna. In questo modo non si riesce a dare una direzione. Ogni punto può essere
concepito come l’inizio. In questa prospettiva ogni attimo può essere considerato e vissuto in se stesso e se
tutto torna in eterno ogni istante ha la pienezza dell’eternità. Solo chi vive con pienezza dando senso alla
vita e accettandola nella sua totalità riesce a vivere nella prospettiva dell’eterno ritorno. Costui è l’Oltre
Uomo che ama a tal punto la vita che ne desidera il suo eterno ritorno.
Il concetto di volontà di potenza va quindi considerato in stretta connessione con la dottrina dell' “eterno
ritorno dell'identico", la quale a sua volta non indica affatto un ordine fisico o metafisico di cui occorre
semplicemente prendere atto; questa sarebbe ancora una prospettiva razionalistica e nichilistica, giacché
implicherebbe che la realtà sottostà a uno schema analogo a quello voluto e cercato dalla razionalità
umana. Al contrario, la realtà in sé non ha nessun senso e nessun ordine e comincia ad averlo soltanto
nella misura in cui l'uomo glielo conferisce dicendo di sì alla vita e volendo l'eterno ritorno dell'identico. È
questo il celebre e complesso tema del volere a ritroso, ossia del radicale rovesciamento di ogni concezione
fisica, metafisica o escatologica del tempo come successione lineare di attimi che vanno irreversibilmente
dal passato al futuro. Come dice una celebre immagine di Also sprach Zarathustra, il tempo invece si
diparte sempre dall'attimo secondo due linee opposte (passato e futuro) destinate a incontrarsi
nell'eternità, e cioè il tempo non ha nessun principio e nessuna fine assoluti. La critica nietzschiana intacca
quindi le radici più profonde delle metafisiche e delle religioni dominanti nella civiltà europea, che pure
rimangono nel quadro di una concezione unitaria antropologica e antropocentrica della realtà.
Esistono varie interpretazioni sul cosa fosse per Nietzsche l’Eterno Ritorno. L’interpretazione ontologica si
tende a scartarla in quanto per il filosofo non esistono fatti, ma solo interpretazioni. L’interpretazione
etica:vivi ogni attimo come se dovesse tornare in eterno ed infine c’è l’interpretazione vitale della realtà,
che l’uomo può decidere. Per chi decide per l’eterno ritorno, l’attimo ha effettivamente completa
autonomia e porta con se tutto il suo tempo.
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5. I fulmini
Un evento naturale più ricorrente e che affascina e impaurisce l’uomo, è il fulmine. Il Sistema Italiano di
Rilevamento dei Fulmini (SIRF) presso il CESI di Milano ha rilevato che ogni anno il territorio italiano viene
colpito da circa 1.500.000 fulmini. E’ stato inoltre stimato che questo fenomeno arreca ogni anno danni alle
cose per diversi milioni di euro, senza contare i gravi danni alle persone.
In molti si domandano cos’è un fulmine e come nasce.
La presenza di cariche negative nella parte inferiore della nuvola induce sul terreno sottostante delle
cariche positive. La situazione è analoga ad un condensatore, in cui cariche positive e negative sono
separate da uno strato d’aria che rappresenta il dielettrico. Si crea così un campo elettrico con una
differenza di potenziale che è la causa principale della formazione della scarica. Tra gli esperti esiste però
un consenso nell’accettare che questa sia dovuta alla collisione tra le particelle di acqua, cristalli di ghiaccio
e grandine. In queste collisioni le particelle più pesanti si caricano negativamente e rimangono negli strati
più bassi delle nuvole. La nuvola con carica negativa induce una carica positiva sul suolo. Quando la
differenza di potenziale è sufficiente, dalla regione della nuvola in cui è maggiore la concentrazione di
cariche negative partono una o più cariche con percorsi tortuosi e ramificati; spesso anche da più punti
della nuvola possono partire diverse decine di rami. Queste sono dette scariche pilota (scariche leader). La
propagazione avviene dall’alto verso il basso, con scatti ad intervalli di 10-12 microsecondi. La velocità di
propagazione durante questi scatti è dell’ordine dei 10.000 Km/s, mentre l’effettiva velocità di
propagazione della scarica si mantiene in genere sull’ordine dei 100 Km/s e raramente supera i 300 Km/s.
Questa fase di propagazione delle cariche negative verso il terreno è silenziosa e debolmente luminosa.
Quando le propaggini della scarica si avvicinano al terreno, sul quale intanto si sono indotte forti
concentrazioni di cariche positive, da un punto del terreno con concentrazione di carica particolarmente
elevata, partono analoghe schiere di cariche positive verso l’alto. Le cariche positive che salgono e quelle
negative che scendono si incontrano ad una quota di circa 15-50 metri dal suolo. A questo punto si genera
la scarica vera e propria che è detta scarica di ritorno: un intensissimo flusso di cariche positive dal terreno
raggiunge la nuvola lungo il percorso precedentemente preparato dalle scariche pilota che si sono staccate
dalla nuvola. E’ questa la fase durante la quale si generano il lampo ed il tuono. Quando la scarica di ritorno
raggiunge la nuvola una vasta zona di quest’ultima viene neutralizzata e si generano degli squilibri con
conseguenti scariche interne alla nuvola. In breve la nuvola raggiunge di nuovo l’equilibrio, con
concentrazione di cariche negative nella sua parte inferiore; ciò può generare un’altra migrazione di cariche
negative dalla nuvola verso il terreno che questa volta segue il percorso di gas fortemente ionizzati lasciati
precedentemente dalla scarica di ritorno.
Ora, parlando di fulmini, si sono introdotti concetti come carica elettrica, campo elettrico, condensatore.
Cosa sono?
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Teli Daniele
5.1
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Carica Elettrica
La carica elettrica è una delle proprietà fondamentali della materia. Gli elettroni hanno una carica negativa
–e, i protoni hanno una carica positiva +e. se un corpo ha una carica netta uguale a zero, come il neutrone,
si dice che è elettricamente neutro.
Il valore assoluto della carica di un elettrone è:
e = 1,60×10-19 Coulomb
Si deve conoscere inoltre che la carica totale dell’universo è costante. Nessun processo fisico può
determinare un aumento o una diminuzione della quantità totale di carica dell’universo. Quando una certa
quantità di carica passa da un corpo a un altro, di solito sono gli elettroni a spostarsi. L’atomo che perde un
elettrone diventa uno ione positivo, mentre l’atomo che riceve un elettrone diventa ione negativo. Il
processo prende il nome di carica per separazione. La separazione delle cariche può avvenire quando un
corpo viene strofinato contro un altro corpo, ma anche quando due corpi si urtano. La collisione tra cristalli
di ghiaccio in una nuvola di pioggia può causare una separazione delle cariche: a lungo andare il fenomeno
può dare origine ad un fulmine, che riunisce le cariche.
Quando una sbarretta carica si trova a grande distanza da un
corpo neutro, gli atomi di quest’ultimo non si deformano.
All’avvicinarsi della sbarretta, però, gli atomi cominciano a
deformarsi, causando un eccesso di cariche di un certo segno
sulla superficie del corpo. Tale carica indotta è detta carica di
polarizzazione. Dal momento che la carica di polarizzazione e
quella della sbarretta hanno segno opposto, i due corpi si
attraggono.
Un isolante non permette agli elettroni al suo interno di muoversi da un atomo all’altro. Nei conduttori,
ogni atomo fornisce uno o più elettroni che sono liberi di muoversi attraverso tutto il materiale. I
semiconduttori hanno proprietà intermedie tra quelle degli isolanti e dei conduttori.
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5.2
Classe: 5^D L.S.T
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Legge di Coulomb
Le cariche elettriche interagiscono attraverso delle forze. La legge che le descrive fu formulata per la prima
volta da Coulomb.
Esempio: una carica puntiforme q1 si trova a una distanza r da un'altra carica puntiforme q2 . Entrambe le
cariche sono in quiete; il sistema, cioè, è elettrostatico.
Legge di Coulomb: l’intensità della forza elettrostatica tra le cariche è direttamente proporzionale al
prodotto delle cariche prese in valore assoluto e inversamente proporzionale al quadrato della loro
distanza.
F= k
Nel sistema internazionale si misura in newton (N)
Le forze che agiscono tra due cariche puntiformi sono sempre
dirette lungo la linea che unisce le due cariche. Se queste hanno
lo stesso segno, come accade in (a) e in (c), le forze sono
repulsive: in altre parole, ognuna delle due cariche è soggetta ad
una forza che tende ad allontanarla dall’altra. Tra cariche di
segno opposto, come accade in (b), la forza è invece attrativa.
Osserviamo che in tutti i casi le forze esercitate sulle due cariche
costituiscono una coppia azione-reazione, cioè F21=-F12
5.3
Campo elettrico
Se una carica di prova è sottoposta a una forza F in un punto dato, il campo elettrico E in quel punto è:
E=
Nel sistema internazionale si misura in newton su coulomb (N/C)
È opportuno far notare che questa definizione vale indipendentemente dal fatto che la forza F sia dovuta a
una singola carica o a un gruppo di cariche. Inoltre, si sta considerando una carica abbastanza piccola da
non perturbare la distribuzione delle altre cariche del sistema.
Il verso della forza dipende dal segno della carica:
Una carica positiva risente di una forza nella stessa direzione e verso di E;
Una carica negativa risente di una forza nella stessa direzione, e verso opposto a E.
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Per rappresentare le linee del campo elettrico ci sono delle regole:
Sono dirette lungo la direzione del vettore campo elettrico E in quel punto;
Partono dalle cariche positive (+) o dall’ infinito;
Finiscono nelle cariche negative (-) o all’infinito;
Sono più dense dove E ha un intensità maggiore. In particolare, il numero di linee entranti o uscenti da una
carica è proporzionale all’intensità della carica.
a)in prossimità di una carica positiva, le linee del campo si
allontanano radialmente dalla carica. Le linee partono dalla
carica e terminano all’infinito.
b)In prossimità di una carica negativa, le linee del campo
puntano radialmente verso la carica. Esse partono
dall’infinito e finiscono sulla carica e sono più dense dove il
campo è più intenso.
Quando le cariche elettriche sono in equilibrio, il campo elettrico all’interno di un conduttore è zero. Da
questo concetto ne deriva quello della schermatura, per cui un conduttore scherma il proprio interno dai
campi elettrici esterni. Un esempi di schermatura elettrica sono i parafulmini. I parafulmini hanno sempre
una punta acuminata perché è li che il campo elettrico di un conduttore è più intenso. Sulla punta, il campo
può diventare così intenso da far sfuggire le cariche nell’atmosfera, evitando che si accumulino in quantità
tale da attirare i fulmini. Nel caso in cui arrivi un fulmine, la scarica viene dispersa a terra dal parafulmine
anziché dall’edificio.
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5.4
Classe: 5^D L.S.T
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Potenziale Elettrico
Il campo elettrico è sempre perpendicolare alle superfici equipotenziali ( superfici sulle quali il potenziale
elettrico è costante) e la direzione e il verso sono quelli in cui il potenziale diminuisce. Superfici
equipotenziali differenti corrispondono a differenti valori di potenziale.
Potenziale elettrico:
∆V =
U = Energia potenziale elettrica
q0 = Carica
L = Lavoro fatto dalla forza elettrica
Nel sistema internazionale si misura in joule/coulomb = volt(V)
Questa definizione ci fornisce solo la variazione di potenziale elettrico. Il potenziale elettrico può essere
posto uguale a zero in un punto qualsiasi; solo le variazioni di potenziale sono misurabili. L’unità di misura
del potenziale elettrico è il volt (V) in onore di Alessandro Volta.
1V = 1J/1C
Vi è inoltre una relazione tra campo elettrico e potenziale elettrico.
E=
V = Potenziale elttrico.
s= distanza percorsa nella direzione del campo elettrico.
Nel sistema internazionale si misura in volt al metro (V/m).
Se una carica q0 si muove nella direzione del campo elettrico E, il potenziale elettrico V diminuisce. In
particolare, se la carica si sposta di s, il potenziale elettrico diminuisce di una quantità
V= E
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5.5
Classe: 5^D L.S.T
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Condensatore e dielettrico
La proprietà principale di un condensatore è la sua capacità di immagazzinare cariche elettriche ed energia.
Un condensatore è costituito da due conduttori, detti armature, separati da una certa distanza. Quando
sono connesse ai poli di una batteria , le armature si caricano: una acquista una carica + , l’altra una carica
uguale e opposta – . A parità di tensione V, maggiore è la carica
condensatore.
e maggiore è la capacità C del
Capacità =
= modulo della carica presente sulle armature.
V = valore della differenza di potenziale tra le armature.
Nel Sistema Internazionale si misura in coulomb su volt = farad (F)
Un condensatore con una grande capacità può accogliere una quantità di cariche maggiore di un
condensatore con una capacità piccola, a parità di differenza di potenziale applicata.
Un condensatore semplice è quello a facce piane parallele la cui capacità è uguale a :
A = area delle armature.
d = distanza tra le armature.
l’ equazione mostra che la capacità di un condensatore a facce piane parallele aumenta con l’area A delle
sue armature: maggiore è l’area maggiore è la carica che il condensatore può accumulare.
Un modo per aumentare la capacità di un condensatore consiste nell’inserire tra le armature un materiale
isolante, detto dielettrico. In presenza di un materiale dielettrico un condensatore può accumulare una
carica maggiore nello stesso volume.
La capacità di un condensatore a facce piane parallele riempito con un dielettrico è:
C=
costante dielettrica relativa.
A= area delle armature.
d = distanza tra le armature.
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Classe: 5^D L.S.T
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6. Sitografia/bibliografia
Scienza della terra:
Bibliografia:
Titolo:Temi di Geografia generale;
Autore: Angela mossudu;
Casa editrice: Tramontana;
Titolo: Dizionario enciclopedico per tutti;
Autore: Rizzoli Larousse;
Sitografia: http://www.6aprile.it/
Italiano:
Bibliografia:
Titolo: LetterAutori, percorsi ed esperienze letterarie, il secondo Ottocento e il Novecento;
Autori: Beatrice Panebianco, Mario Gineprini, Simona Seminara;
Casa editrice: Zanichelli;
Sitografia:
http://cronologia.leonardo.it/storia/biografie/pascoli.htm;
Filosofia:
Bibliografia:
Appunti personali;
Sitografia:
http://www.treccani.it/enciclopedia/friedrich-wilhelm-nietzsche/;
Fisica:
Bibliografia:
Titolo: corso di fisica;
Casa editrice: Walker;
Sitografia: https://www.google.it;
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