Corso di Laurea in Scienze della Formazione Primaria Fondamenti di Fisica Prof. Giovanna Puddu Dipartimento di Fisica – Cittadella Universitaria di Monserrato Tel. 070-675-4901 (4983) ; e-mail: [email protected] Programma svolto AA.2007-2008 La frequenza del corso é stata vivamente consigliata Sono state realizzate esercitazioni dedicate alla preparazione di lezioni per la Scuola elementare BIBLIOGRAFIA Testo di base proposto: Ugo Amaldi, Corso di Fisica (2 vol.), Zanichelli (2000) oppure Tipler, Invito alla Fisica, Zanichelli. Consultazione: Fisica a cura del PSSC, Zanichelli Programmi per la scuola elementare proposti dalla Commissione Ministeriale J.S.Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli (2005) . INTRODUZIONE Perché la Fisica per la formazione degli insegnanti della Scuola Primaria L’educazione scientifica e l’introduzione dei bambini allo studio della natura. I periodi di sviluppo della Fisica: Fisica classica, moderna e contemporanea. La funzione dell’esperimento nello sviluppo della scienza. Il metodo Galileiano. Ruolo e interazione teoria-esperimento. Il liguaggio matematico e l’uso dei ‘modelli’ in Fisica. Limiti delle teorie e approssimazioni. MISURE Unità di misura Cifre significative, notazione scientifica. Misure ed errori, strumenti di misura. L’elaborazione e la presentazione dei dati. LA LUCE L’importanza dello studio della luce. Comportamento della luce nell’approssimazione dell’ottica geometrica: Sorgenti luminose e propagazione della luce. La velocità della luce. Localizzazione degli oggetti da parte dell’occhio. Il principio di sovrapposizione. Interazione fra la luce e i corpi: assorbimento, trasmissione, riflessione, diffusione, rifrazione e riflessione totale, dispersione. Specchi, prisma, lenti sottili, microscopio. La formula degli specchi sferici e delle lenti. Le immagini: similitudine, simmetria, ingrandimento lineare. La costruzione delle immagini e delle ombre. Correzione dei difetti dell’occhio con lenti. Come insegnare l’ottica nella scuola primaria? MECCANICA Introduzione: studio del movimento dei corpi. Posizionamento di un punto e sistemi di riferimento. Il cambio di posizione e lo spostamento. La velocità e il principio di inerzia. La legge oraria nel moto rettilineo uniforme. L’accelerazione. Forza ed accelerazione: il secondo principio della dinamica. L’interazione gravitazionale e la legge di gravitazione universale. Massa e peso. L’accelerazione di gravità. Forze e scomposizione di forze. La reazione vincolare e il piano inclinato. Condizioni di equilibrio per un corpo puntiforme. Il baricentro. Lavoro di una forza ed energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Lavoro delle forze peso e delle forze di attrito. Forze conservative ed energia potenziale. Principio di conservazione dell’energia meccanica. Come insegnare la meccanica nella scuola primaria? STRUTTURA DELLA MATERIA Gli stati di aggregazione della materia: solidi, liquidi e gas. La massa, il volume e la densità. Strutture e costituenti elementari della materia: Molecole ed atomi La struttura dell’atomo: nucleo e elettroni. La struttura del nucleo: protoni e neutroni. La struttura dei nucleoni: i quark. Le interazioni fondamentali La legge di gravitazione universale e la massa. La legge di Coulomb e la carica elettrica. La forza elettrica e l’atomo. La forza forte e il nucleo dell’atomo. Le forze come grandezze vettoriali: La somma delle forze. Corpi soggetti a più forze: la risultante. I legami chimici e le molecole. Come parlare di strutture nella scuola primaria? SOLIDI E FLUIDI Caratteristiche generali di solidi e fluidi. Densità. Cenni a: deformazione dei materiali sotto sforzo. Compressione e trazione. Sforzi di taglio e deformazioni di scorrimento. La pressione idrostatica e l’andamento della pressione con la quota (nei liquidi e nell’atmosfera). Il principio di Archimede ed il galleggiamento dei corpi. Calcolo della densità media e cenni sulla media pesata. Liquidi immiscibili e quote raggiunte in vasi comunicanti. Il principio di Pascal e sue applicazioni (la pressa idraulica). Fluidi in moto: il principio di continuità. Velocità e pressione in sezioni di diversa area.. Come parlare di fluidi nella scuola primaria? TERMODINAMICA I sistemi termodinamici e l’ambiente. Sistemi aperti, chiusi e isolati. Grandezze macroscopiche e microscopiche. La termodinamica classica e la meccanica statistica. La temperatura e l’energia media delle molecole. Temperatura assoluta e scala Celsius. La energia interna, la pressione. Grandezze intensive ed estensive Le differenze di temperatura e gli scambi di calore. Gas ideali, stati di equilibrio e l’equazione di stato dei gas perfetti. Scambi di energia: lavoro e calore. Il primo principio della termodinamica. Come parlare di calore nella scuola primaria? ELETTROMAGNETISMO La carica elettrica e la forza di Coulomb. Dalla concezione di interazione come forze a distanza alla concezione di campo. Il campo elettrico e il principio di sovrapposizione. Portatori di carica nei metalli. Conduttori in equilibrio e cariche indotte. Forza su una carica in campo elettrico e sua accelerazione. Le correnti elettriche e l’intensità di corrente. Correnti elettriche nei metalli: resistenza e effetto Joule. La legge di Ohm e e la legge di Kirchhoff ai nodi (conservazione della carica). Magneti permanenti e poli magnetici. Le correnti elementari nei magneti permanenti. Correnti elettriche e campo magnetico. Il vettore B. Linee di campo per il campo magnetico e ago di una bussola. Il campo magnetico terrestre. Azione di un campo magnetico su una carica in moto. Come parlare di elettricità e magnetismo nella scuola primaria?