Programma di fisica.
Anno scolastico: 2011-2012.
Classe: IV° I liceo scientifico tradizionale.
Scuola: liceo scientifico “E. Fermi”, via Veneto n. 41, Nùoro.
Docente : professor Agostino Zoroddu.
Libro di testo: La fisica di Amaldi, volumi 1 e 2, autore Ugo Amaldi, edizioni Zanichelli.
I principi della dinamica.
Generalità sulla dinamica, primo principio della dinamica, disco a ghiaccio secco, sistemi di
riferimento inerziali, sistemi di riferimento accelerati, principio di relatività galileiana,
trasformazioni di Galileo, effetto delle forze, secondo principio della dinamica, definizione di
Newton, legge fondamentale della dinamica e sistemi inerziali, che casa è la massa, terzo principio
della dinamica.
Le forze ed il movimento.
Caduta libera, forza peso e massa, confronto fra peso e massa di un corpo, discesa lungo un piano
inclinato, moto dei proiettili, gittata, effetto dell’aria, forza centripeta, espressione della forza
centripeta, forza centrifuga, moto armonico di una molla, periodo di oscillazione della molla,
pendolo, dimostrazione del moto armonico per il pendolo, periodo del pendolo, misura
dell’accelerazione di gravità.
L’energia meccanica.
Lavoro di una forza: forza e spostamento paralleli, forza e spostamento antiparalleli, forza e
spostamento perpendicolari, lavoro come prodotto scalare, lavoro di una forza costante, lavoro di
una forza non costante, formula goniometrica del lavoro; potenza, energia cinetica, lavoro per
portare un corpo fermo a velocità v (con dimostrazione), lavoro per fermare un corpo che ha
velocità v (con dimostrazione), teorema dell’energia cinetica, energia, forze conservative e
dissipative, forza - peso come esmpio di forza conservativa, attrito radente come esempio di forza
dissipativa, lavoro della forza – peso, definizione dell’energia potenziale gravitazionale, definizione
generale di energia potenziale, energia potenziale elastica, lavoro della forza elastica, conservazione
dell’energia meccanica (con dimostrazione), lavoro come energia in transito, conservazione
dell’energia totale.
La gravitazione.
Le tre leggi di Keplero, dimostrazione della terza legge di Keplero, legge di gravitazione universale,
valore della costante G, esperimento di Cavendish, accelerazione di gravità sulla superficie della
Terra, massa inerziale e massa gravitazionale, moto dei satelliti, tipi di orbite dei satelliti, velocità
dei satelliti in orbita circolare, satelliti geostazionari, campo gravitazionale, vettore campo
gravitazionale, campo gravitazionale di una massa puntiforme, campo gravitazionale e la velocità
della luce, energia potenziale gravitazionale, scelta dell’energia potenziale che si annulla
all’infinito, forza di gravità e conservazione dell’energia meccanica, velocità di fuga, raggio di
Schwarzschild dell’orizzonte degli eventi di un buco nero.
La temperatura.
Definizione di termoscopio e di termometro, misura della temperatura, definizione operativa di
temperatura, scale termometriche Celsius, Fahrenheit, Réaumur e Kelvin, dilatazione lineare dei
solidi, formula della dilatazione volumica dei solidi (con dimostrazione), dilatazione volumica dei
liquidi, comportamento anomalo dell’acqua, trasformazioni di un gas, trasformazioni isoterme,
isobare e isocore, sistema di unità di misura CGS per la meccanica, definizione di pressione, unità
di misura della pressione: Pascal, baria, Bar, Torr, millimetri di mercurio, centimetri di mercurio,
millibar, ettopascal, prima e seconda legge di Gay – Lussac, la costante α, prima e seconda legge di
Gay – Lussac in funzione della temperatura assoluta (con dimostrazione), legge di Boyle,
termometro a gas, definizione di gas perfetto, equazione di stato del gas perfetto (con
dimostrazione), legge di Boyle e prima e seconda legge di Gay – lussac come casi particolari
dell’equazione di stato dei gas perfetti, atomi, molecole, pesi atomici e molecolari, forze
intermolecolari, mole e numero di Avogadro, equazione di stato dei gas perfetti nella forma pV =
nRT, legge di Avogadro.
Il calore.
Calore e lavoro, riscaldare con il calore, riscaldare con il lavoro, esperimento di Joule del mulinello
a palette, calore e lavoro come forme di energie in transito, capacità termica e calore specifico,
quantità di energia e variazione di temperatura, caloria e suo equivalente in joule, calorimetro,
misura del calore specifico di un corpo con il calorimetro e relativa formula del calore specifico
(con dimostrazione), combustione, potere calorifico, conduzione, convenzione, irraggiamento,
emissione di onde elettromagnetiche di un corpo ad una certa temperatura, legge di Stefan –
Boltzmann, calore solare ed effetto serra.
Teoria microscopica della materia.
Moto browniano, definizione di gas perfetto dal punto di vista microscopico, energia cinetica media
di una particella di gas perfetto, interpretazione microscopica della pressione del gas perfetto,
calcolo della pressione del gas perfetto da un punto di vista microscopico (con dimostrazione),
formula che collega la velocità quadratica media alla densità ed alla pressione del gas, formula che
lega l’energia cinetica media di una particella di gas perfetto con la temperatura assoluta (con
dimostrazione), la temperatura dal punto di vista microscopico, equipartizione dell’energia, zero
assoluto, impossibilità di temperature assolute negative, velocità quadratica media, distribuzione di
Maxwell, definizione di energia interna di un sistema fisico, energia interna di un gas perfetto e di
un gas reale, grandezze macroscopiche e microscopiche, equazione di stato di van der Waals per i
gas reali, gas, liquidi e solidi, moto di agitazione termica.
I cambiamenti di stato. *
Passaggi tra stati di aggregazione, solidificazione, fusione, vaporizzazione e condensazione con le
relative leggi, calori latenti di fusione e vaporizzazione, raffreddamento per evaporazione, vapore
saturo e sua pressione, pressione del vapore saturo ed ebollizione, condensazione e temperatura
critica, gas e vapori, diagramma di fase, sublimazione.
La termodinamica ed i suoi principi. *
Trasformazioni termodinamiche, gas perfetto in un recipiente chiuso, trasformazioni reversibili ed
irreversibili, irreversibilità delle trasformazioni spontanee, come trasferire calore in modo quasi
reversibile, rappresentazione grafica delle trasformazioni reversibili di un gas, lavoro
termodinamico sia nel caso in cui la pressione è costante sia nel caso in cui non lo è con relative
formule, primo principio della termodinamica, energia come funzione di stato, bilancio dell’energia
interna, primo principio e trasformazioni isocore, energia interna e temperatura, scambi di energia
nelle trasformazioni isoterme, trasformazioni cicliche, impossibilità del moto perpetuo di prima
specie, trasformazioni adiabatiche, calori specifici molari avolume costante ed a pressione costante
di un gas perfetto, differenza fra i calori molari, calori molari e teoria cinetica, verso privileggiato
delle trasformazioni termodinamiche, macchine termiche, rendimento di una macchina termica,
calore come energia degradata, enunciato di kelvin del secondo principio della termodinamica,
verso delle trasformazioni termodinamiche secondo Clausius, enunciato di Clausius del secondo
principio della termodinamica, frigorifero, teorema di Carnot, ciclo di carnot e rendimento
massimo delle macchine termiche, macchina di Carnot, terzo principio della termodinamica,
entropia di Clausius, entropia come grandezza che misura l’irreversibilità, disugualianza di
Clausius, entropia come funzione di stato, variazione di entropia, entropia di un sistema
all’equilibrio termodinamico, disugualianza di Clausius applicata ad unciclo irreversibile, entropia
di un sistema isolato, principio dell’aumento dell’entropia, stati macroscopici e microscopici,
relazione tra microstati e macrostati, molteplicità di un macrostato, microstati ordinati e disordinati,
definizione di logaritmo, equazione di Boltzmann per l’entropia.
•
I capitoli contrassegnati con questo asterisco saranno oggetto di verifica all’inizio dell’anno
scolastico 2012 – 2013 in seguito ad un preciso accordo fra il docente e la classe.
Nùoro 7 Giugno 2012.
Il docente.
Gli alunni.
