Lezioni Fondamenti di Fisica per Scienze della Formazione Primaria
Laurea quadriennale abilitante – 3 anno Maior Scientifico
A.A. 2008-09
Prof. Giovanna Puddu
2h 20/10/08
Introduzione al corso di Fondamenti di Fisica per Scienze della Formazione Primaria.
Lo statuto dell’università degli studi di Cagliari. L’università pubblica, la legge 133, il
DL137 ed i documenti approvati dalla Facoltà di Scienze della Formazione e dal Corso di
Laurea di Scienze della Formazione Primaria di Cagliari.
Le Indicazioni Nazionali sul curricolo. L’educazione unitaria e le discipline.
L’insegnante colto e la scelta dei programmi e dei metodi.
2h 21/10/08
L'oggetto di indagine della Fisica e le 'dimensioni'. Gli ordini di grandezza e le unita' di
misura. Lo studio della natura e le specializzazioni. L’interdisciplinarità.
2h 27/10/08
Ancora sulle dimensioni della natura. Multipli, sottomultipli ed ordini di grandezza.
L’osservazione di oggetti di diverse dimensioni. L’occhio e gli strumenti ottici. Oggetti
ed immagini congruenti. L’ingrandimento lineare. Osservazione quantitativa.
Si osserva solo con la vista? Quale ruolo giocano gli altri sensi?
Partecipazione alla lezione di Pinuccio Sciola: ‘La musica delle pietre’.
2h 28/10/08
Dalle osservazioni ingenue all’interpretazione astratta.
La formazione delle idee scientifiche: dalla percezione alle ipotesi argomentate.
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.
Interazione fra la luce e i corpi. Corpi trasparenti e opachi.
Trasmissione e assorbimento della luce. Formazione delle ombre e proiezione.
Interazione fra la luce e i corpi: riflessione, diffusione, rifrazione.
Le leggi della riflessione. Superifici non levigate e diffusione.
Luce-luce e il principio di sovrapposizione.
2h 03/11/08
L’invertibilità del cammino ottico. Mezzi trasparenti e indice di rifrazione assoluto e
relativo. Diottro piano: la rifrazione e le leggi di Snell.
L’angolo limite e la riflessione totale. Guide di luce e fibre ottiche.
Dipendenza dell’indice di rifrazione dalla lunghezza d’onda. Dispersione della luce.
Mezzi dispersivi e separazione dei colori
2h 04/11/08
Partecipazione all’iniziativa: ‘La scienza dialoga con la società’ presso l’Exmà..
a) La fisica del volo, a cura del prof. G.Cappellini dell’Università di Cagliari.
b) Musica e scienza da Pitagora alle odierne neuroscienze, conferenza del prof.
A.Frova dell’Università la Sapienza, Roma.
2h 10/11/08
Partecipazione all’iniziativa: ‘La scienza dialoga con la società’ presso l’Exmà..
‘Perchè le previsioni del tempo sbagliano?’, conferenza-dibattito del Dott. A. Raimondi
2h 11/11/08
Gli specchi piani. Costruzione delle immagini con specchi piani.
Immagini simmetriche.
Rifrazione e riflessione parziale in un diottro piano.
Diottro piano e sferico: costruzione di immagini per oggetti posti nel mezzo più denso e
in quello meno denso. Immagini ingrandite e rimpicciolite
La lastra a facce piane parallele. Il prisma.
2h 17/11/08
Individuazione di tutte le grandezze fisiche incontrate nello svolgimento del programma
svolto sino a qui.
Effetti di rifrazione, dispersione e riflessione totale:
l’arcobaleno, il miraggio e la ‘fata Morgana’.
Lunghezza d’onda della luce, dimensioni degli oggetti e limiti dell’ottica geometrica.
Cenni alle figure di diffrazione e interferenza.
2h 18/11/08
Specchi curvi. Le approssimazioni di Gauss (piccola apertura e approssimazione
parassiale) e congruenza fra le immagini e gli oggetti.
Specchi sferici concavi e convessi sotto le approssimazioni di Gauss.
Cammino ottico di ‘raggi particolari’.Costruzione di immagini. Regioni in cui si formano
le immagini reali e virtuali e convenzione dei segni.
Fisica e matematica: grandezze fisiche ed enti matematici (numero e vettore);
dipendenza di grandezze fisiche e relazioni matematiche (equazioni).
La formula degli specchi (senza dimostrazione).
2h 24/11/08
Lenti sottili e approssimazioni di Gauss. Cammino ottico di ‘raggi particolari’ e
costruzione di immagini per lenti convergenti. La lente d’ingrandimento.
Convenzione dei segni e formula delle lenti (senza dimostrazione).
Costruzione di immagini con lenti divergenti. L’ingrandimento lineare.
Sistemi ottici centrati. Il microscopio composto.
Correzione dei difetti dell’occhio con lenti.
Come insegnare l’ottica nella scuola primaria?
2h 25/11/08
Cenni al modello corpuscolare e ondulatorio per la luce.
I fotoni. Periodo, frequenza e lunghezza d’onda di una oscillazione. Energia di un fotone.
La massa come forma di energia. E = m c2
IL MOVIMENTO
Introduzione alla meccanica: studio del movimento e dell’equilibrio.
I corpi di dimensioni trascurabili (corpi puntiformi) e i corpi estesi (rigidi e non).
Posizionamento di un punto e sistemi di riferimento. Il cambio di posizione e lo
spostamento. Distanza fra punti (sulla retta e sul piano). Modulo dello spostamento e
lunghezza della traiettoria. Misure di lunghezze e di tempi.
La velocità. Il rapporto fra grandezze disomogenee.
Grandezze vettoriali. Rappresentazione geometrica dei vettori
2h 01/12/08
Moto di un punto su una retta. Grafici spazio-tempo e rappresentazione della velocità.
Velocità costante. La legge oraria nel moto rettilineo uniforme.
Formule inverse e problemi sul moto rettilineo uniforme.
La media e la media pesata.
2h 02/12/08
Il principio di inerzia. La variazione della velocità e l’accelerazione.
Le ‘cause’ di accelerazione. Forze e composizione di forze. La risultante.
Grandezze vettoriali. Rappresentazione geometrica dei vettori e somma di vettori.
Sistema di forze a risultante nulla. Condizioni di equilibrio per un corpo ‘puntiforme’.
La complessità nello studio di un fenomeno e la scelta delle variabili significative
(esempio del corpo che si muove con attrito).
Cenni al metodo galileiano.
Matematica e Fisica: enti matematici e grandezze fisiche, equazioni e leggi fisiche.
2h 09/12/08
Il secondo principio della dinamica.
F = m a. La massa inerziale.
Le forze: interazioni elementari e forze macroscopiche.
Le interazioni elementari a lungo raggio d’azione.
La massa e la carica elettrica. Il volume.
La densità. Corpi disomogenei e densità media.
2h 15/12/08
Scomposizione di un vettore in due direzioni qualunque
Forze su superfici: componente perpendicolare e di taglio
Pressione
Solidi, liquidi e aeriformi ed effetto di deformazione dovuto alla pressione
Deformazioni di scorrimento dovute agli sforzi di taglio
I liquidi non resistono agli sforzi di taglio: forze perpendicolari alle superfici.
Forze molecolari: andamento con la distanza. Raggio d’azione intermolecolare.
Effetto delle forze di coesione alla superficie di un liquido: la pressione superficiale.
Forze di coesione ed adesione: liquidi che bagnano o no le pareti.
Interazioni fra masse e fra cariche elettriche ‘puntiformi’.
La legge di gravitazione universale e la legge di Coulomb
Masse a simmetria sferica.
Massa e peso.
2h 16/12/08
La legge di gravitazione universale.
Il principio di sovrapposizione per la forza peso.
Il peso, la massa e l’accelerazione di gravità.
Energia:
L’energia cinetica
Il lavoro di una forza
Il calore
Il teorema dell’energia cinetica
Calore e temperatura
Relazione fondamentale della calorimetria e calore specifico
Calcolo della temperatura di equilibrio fra due corpi messi a contatto
34 ore – Vacanze di Natale
(Corso di Laboratorio di Fisica)
2h: 02/03/09 12 presenti
Interazioni elementari a lungo raggio d’azione.
La legge di gravitazione universale e la legge di Coulomb
Il terzo principio della dinamica.
Il principio di sovrapposizione. Masse a simmetria sferica.
La legge di gravitazione universale. Massa e peso.
Il peso, la massa e l’accelerazione di gravità.
Forze macroscopiche: Cenni alla forza elastica.
La reazione vincolare (vincolo piano) e il piano inclinato.
2h 03/03/09 10 presenti
Cenni alla forza di attrito e a quella di resistenza viscosa.
Cenni al moto sul piano inclinato, senza e con attrito.
L’energia in diverse forme. Il lavoro di una forza.
Lavoro positivo e negativo. Il lavoro delle forze d’attrito.
2h 09/03/09 9 presenti
Energia cinetica. Il teorema dell’energia cinetica.
Le forze conservative. L’energia potenziale. Lavoro e variazione di energia potenziale.
Il principio di conservazione dell’energia meccanica.
2h: 10/03/08 9 presenti
STRUTTURA DELLA MATERIA:
Strutture e componenti. Composizione e scomposizione.
Il problema dei componenti elementari: Quali? Quanti? Come si combinano?
Molecole e sostanze; molecole e atomi.
Lo sviluppo della chimica nel XIX secolo. La classificazione degli atomi.
L’elenco e la massa atomica. La tavola di Mendeleev
Gli elementi mancanti e la previsione.
Modello dell’atomo di Thomson. Gli elettroni. La carica elettrica negativa e positiva.
2h: 16/03/09 8 presenti
Rutherford: il modello planetario dell’atomo e il nucleo.
Cenni all’uso dei modelli.
La concentrazione della massa nel nucleo dell’atomo. Dimensioni atomiche e nucleari.
Le particelle nel nucleo: il protone e il neutrone.
Problemi nel modello di Rutherford. Gli spettri a righe e la quantizzazione delle orbite.
La struttura dei nucleoni: i quark. Il modello standard: i quark e i leptoni.
Lettura di alcuni passi sugli atomi (semi, principi primi) e sulla loro aggregazione
dal De Rerum Natura di Lucrezio.
Elementi e atomi. Numero atomico e massa atomica. Gli isotopi.
Cenni agli esperimenti d’urto.
2h: 17/03/09 8 presenti
Cenni al modello standard.
Le particelle stabili e quelle a vita breve.
L’antimateria: creazione e annichilazione. La massa come forma di energia.
Le reazioni fra particelle e la conservazione dell’energia.
Le interazioni fondamentali: a lungo e corto raggio d’azione.
Dalla concezione dell’interazione come forze a distanza alla concezione di campo.
Cenni alle particelle di scambio.
2h: 23/03/09 14 presenti
Interazioni nell’atomo: fra nucleoni e fra nucleo ed elettroni.
Interazioni fra atomi: i legami chimici e le molecole.
Interazioni fra molecole. Andamento della forza intermolecolare in funzione della
distanza. Distanza media fra molecole in un solido e raggio d’azione intermolecolare.
ELETTROMAGNETISMO
Portatori di carica nella materia e neutralità macroscopica.
Portatori di carica nei gas, nelle soluzioni elettrolitiche e nei metalli.
La carica elettrica e la forza di Coulomb.
La concezione di interazione come forze a distanza.
Forze elettriche e principio di sovrapposizione.
Elettrizzazione e cariche indotte.
Conduttori metallici: ioni del reticolo cristallino ed elettroni di conduzione.
Il Coulomb e la carica elementare.
Distribuzione della carica sulla superficie nei conduttori metallici in equilibrio.
2h: 24/03/09 7 presenti
Dalla concezione di interazione come forze a distanza alla concezione di campo.
Forze elettriche e principio di sovrapposizione.
Il campo gravitazionale g e il campo elettrico E.
Rappresentazione dei campi con le linee di forza.
Forza su una carica in campo elettrico e sua accelerazione a=E q/m.
Portatori di carica nei gas, nelle soluzioni elettrolitiche e nei metalli.
Variazione dell’energia cinetica per una carica che si muove in c.e.
Elettroni in moto nei metalli: effetto Joule
50 ore
2h: 30/03/09 9 presenti
Le correnti elettriche e l’intensità di corrente.
Energia e differenze di potenziale. Il Volt. Joule ed elettronVolt. L’Ampère.
Movimento degli elettroni dentro un metallo sotto l’azione di un campo elettrico:
resistenza dovuta agli urti ed effetto Joule: riscaldamento del metallo.
Conduttori metallici e leggi di Ohm . La resistenza elettrica e l’Ohm
La potenza e il Watt. Joule e kWh.
2h: 30/03/09 12 presenti
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: deviazione.
Come parlare di elettricità e magnetismo nella scuola primaria?
2h: 02/04/09 9 presenti (lezione straordinaria, giovedì)
SOLIDI, FLUIDI E TERMODINAMICA
Distanza media fra le molecole e stati di aggregazione della materia: solidi, liquidi e gas.
Caratteristiche di solidi e fluidi e variazione della densità con la temperatura.
Comportamento anomalo della densità dell’acqua in funzione della temperatura.
La pressione. Sforzi di taglio e deformazioni di scorrimento.
La pressione idrostatica e l’andamento della pressione con la quota.
La pressione in funzione della quota nell’acqua e nell’aria.
Il principio di Pascal e sue applicazioni (la pressa idraulica).
2h: 06/04/09 12 presenti
Liquidi immiscibili e quote raggiunte in vasi comunicanti.
Ancora sull’andamento della pressione nei fluidi. Il principio di Archimede. Le forze di
pressione per un corpo immerso in un fluido e la forza di Archimede. Volume di liquido
spostato per corpi immersi e in condizione di galleggiamento. La densità relativa.
2h: 07/04/09 11 presenti
Cenni al punto di applicazione della forza di Archimede e condizioni di equilibrio o di
rotazione del corpo.
Fluidi in moto. Liquidi ideali: incompressibilità e assenza di viscosità. Il moto laminare.
Il principio di continuità. Velocità e pressione in sezioni di diversa area.
Differenze di pressione e spostamento di masse fluide.
Conclusione del Corso
